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问题: 分段动量守恒b

如图所示,水平光滑地面上停放着一辆小车,左侧靠在竖直墙壁上,小车的1/4圆弧轨道AB使光滑的,在最低点B与水平轨道BC相切

BC的长度使圆弧半径的10倍,整个轨道处于同一竖直平面内。可视为质点的物块从A点正上方某处无初速度下落,恰好落入小车圆弧轨道

滑动,然后沿水平轨道末端C处正好没有滑出,已知木块到达圆弧轨道最低点B时对轨道的压力使物块重力的9倍,小车的质量是物块的3

倍,不考虑空气阻力和物块落入轨道时的能量损失。求:

1.物块开始下落的位置距水平轨道BC的竖直高度是圆弧半径的几倍?

2.物块与水平轨道BC间的动摩擦因数?

解答:

(1)物块在B点的向心力 mv²/r = 9mg-mg--->mv²=8mgr
能量守恒:mgH=(1/2)mv²=4mgr--->H = 4r

(2)物块到达C处正好没有滑出--->物块与车具有共同速度V
动量守恒:(3m+m)V=mv--->V=v/4
--->系统动能损失 = (1/2)mv²-(1/2)(3m+m)(v/4)² = 3mgr
设小车运动距离为L,则物块运动距离为 L+10r
--->μmgL=(1/2)(3m)(v/4)²=(3/4)mgr----->L = (3/4)r/μ
  μmg(L+10r)=(3+3/4)mgr=(15/4)mgr--->L+10r=(15/4)r/μ
--->10r=3r/μ--->μ=0.3