问题
问答题
如图所示,打桩机锤头质量为M,从距桩顶h高处自由下落,打在质量为m的木桩上,且在极短时间内便随桩一起向下运动,使得木桩深入泥土的距离为S,那么在木桩下陷过程中泥土对木桩的平均阻力是多少?

答案
根据题意打木桩问题可分为三个过程:
其一:锤头自由下落运动过程,设锤刚与木桩接
触的速度为V0,则据机械能守恒定律得:
Mgh=
M1 2
,所以V0=V 20
.2gh
其二:锤与木桩的碰撞过程,由于作用时间极短,
内力远大于外力,动量守恒,设碰后的共同速度为V,
据动量守恒定律可得:
MV0=(M+m)V,所以V=MV0 M+m
其三:锤与桩一起向下做减速运动过程,设在木桩下陷过程中泥土对木桩的平均阻力为f,由动能定理可得:
(M+m)gS-fS=0-
(M+m)V2,所以f=(M+m)g+1 2
.M2gh (M+m)S
故在木桩下陷过程中泥土对木桩的平均阻力是(M+m)g+
.M2gh (M+m)S