如图所示,平板车质量为m,长为L,车右端(A点)有一个质量为M=2m的小滑块(可视为质点).平板车静止于光滑水平面上,小车右方足够远处固定着一竖直挡板,小滑块与车面间有摩擦,并且在AC段、CB段动摩擦因数不同,分别为μ1、μ2,C为AB的中点.现给车施加一个水平向右的恒力,使车向右运动,同时小物块相对于小车滑动,当小滑块滑至C点时,立即撤去这个力.已知撤去这个力的瞬间小滑块的速度为v0,车的速度为2v0,之后小滑块恰好停在车的左端(B点)与车共同向前运动,并与挡板发生无机械能损失的碰撞.试求:
(1)μ1和μ2的比值.
(2)通过计算说明,平板车与挡板碰撞后,是否还能再次向右运动.
设在有水平外力F时平板车的加速度为a1,在无水平外力F时平板车的加速度为a2,小滑块在AC段和CB段的加速度分别为
和a /1 a /2
由牛顿第二定律得:μ1•2mg=2m•a'1解得:
=μ1g①a /1
同理:
=μ2g②a /2
当小滑块在AC段运动时,由题意可知:
t1-2v0 2
t1=v0 2
③L 2
v0=
t1④a /1
由①③④联立得:
=μ1gL⑤v 20
设小滑块滑到B端时与车的共同速度为v1,由于滑块从C滑到B的过程中,滑块和车的系统受到的合外力为零,故动量守恒,于是有:
2m•v0+m•2v0=(2m+m)v1⑥
当小滑块在在CB段运动时,由运动学知识可知:
t2-2v0+v1 2
t2=v0+v1 2 L 2
v1-v0=
t2⑧a /2
由②⑥⑦⑧联立得:
=3μ2gL⑨v 20
所以,由⑤⑨得:
=μ1 μ2 3 1
(2)设小滑块滑到B端时与车的共同速度为v1,由于滑块从C滑到B的过程中,滑块和车的系统受到的合外力为零,故动量守恒,于是有:
2m•v0+m•2v0=(2m+m)v1①
平板车与挡板碰撞后以原速大小返回,之后车向左减速,滑块向右减速,由于M=2m,所以车的速度先减小到零.设车向左运动的速度减小为零时,滑块的速度为v2,滑块滑离车B端的距离为L1.
由于上述过程系统的动量守恒,于是有:2m•v1-mv1=2m•v2②
对车和滑块的系统运用能量守恒定律得:
μ2•2m•g
+μ1•2m•g(L1-L 2
)=L 2
(2m+m)1 2
-v 21
•2m•1 2
③v 22
由①②③式及μ1gL=
、μ2gL=v 20 1 3 v 20
可解得:L1=
L13 9
由于L1=
L>L,故小车的速度还没有减为零时,小物块已经从小车的右端滑下,之后小车向左匀速运动,故车不会再向右运动了13 9
答:(1)
=μ1 μ2
;3 1
(2)平板车与挡板碰撞后,不再向右运动.