问题 计算题

在建筑工地上,我们常常看到工人用重锤将柱桩打入地下的情景。对此,我们可以建立这样一个力学模型:重锤的质量为m,从距桩顶高H处自由下落,柱桩的质量为M,重锤打击柱桩后不反弹且打击时间极短。柱桩受到地面的阻力恒为f,空气阻力忽略不计。利用这一模型,计算重锤一次打击柱桩时桩进入地下的深度h。

一位同学这样解:

设柱桩进入地面的深度为h,对全程运用动能定理,得:

可解得:h=……

你认为该同学的解法是否正确?如果正确,请求出结果;如果不正确,请说明理由,并列式求出正确的结果。

答案

解:不正确

因为在重锤与柱桩碰撞过程中系统机械能有损失(或碰撞过程中重锤与柱桩之间的弹力做的总功不为零)

正确解答如下:

设重锤打击柱桩时的速度为v0,根据机械能守恒定律,有

,得  

重锤打击柱桩后共速,设为v,根据动量守恒定律,有

mv0=(M+m)v,  

之后,重锤与柱桩一起向下运动直至静止,设柱桩进入地面的深度为h,根据动能定理,有

   

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