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如图所示,小滑块A的质量m=0.01 kg,与水平地面间的动摩擦因数μ=0.2。用细线悬挂的小球质量均为m=0.01 kg,沿x轴排列,A与第一个小球及相邻两小球间的距离均为s=2.0 m,线长分别为L1、L2、L3、…(图中只画出了三个小球,且小球可视为质点)。开始时,滑块以速度v0=10m/s沿x轴正方向运动,设滑块与小球碰撞后速度互换,且小球均恰好能在竖直平面内做圆周运动。g取10 m/s2

求:(1)滑块能与几个小球碰撞;

(2)求出碰撞中第n个小球悬线长Ln的表达式;

(3)滑块与第一个小球碰撞后瞬间,悬线对小球拉力FT的大小。

答案

(1)小球在竖直平面内做圆周运动,机械能守恒,返回最低点时速度不变,再次与滑块碰撞互换速度。设滑块滑行总距离为s0,有-μmgs0=0-,得s0=25 m,n==12.5,根据题意取12个。

(2)滑块与第n个小球碰撞,设小球运动到最高点时速度为v′n  对小球有mg=m

  机械能守  +2mgLn     对滑块有-μmgns=      联立以上各式解得Ln=(m)

 (3)滑块做减速运动到第一个小球处与其碰前的速度为v1,则有-μmgs=    滑块与小球相碰撞后互换速度,碰撞后瞬间小球的速度为v1。此时小球受到重力和绳子拉力的作用,根据牛顿第二定律得FT-mg=m    又因L1= (m)  解得FT=26N

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