如图5-2-11所示,一块足够长的木板,放在光滑的水平面上,在木板上

如图5-2-11所示,一块足够长的木板,放在光滑的水平面上,在木板上自左向右放着序号是1、2、3、…n的木块,所有木块的质量均为m,与木板间的动摩擦因数都相同.开始时,木板静止不动,第 1、2、3、…n号木块的初速度分别是v0、2v0、3v0、…nv0,方向都向右,木板的质量与所有的木块的总质量相同,最终所有木块与木板以共同的速度匀速运动.设木块之间均无相互碰撞,木板足够长,求:

图5-2-11

(1)所有木块与木板一起匀速运动的速度vn

(2)第1号木块与木板刚好相对静止时的速度v1

(3)通过分析与计算说明第k号(k<n)木块的最小速度vk.

答案

解析:(1)以n块木块和木板为研究对象,在全过程中,该系统动量守恒有:m(v0+2v0+…+nv0)=(nm+nm)vn,解得vn=v0.

(2)由于每个木块与木板间的滑动摩擦力相同,在第1号木块由速度v0减为与木板刚好相对静止时速度v1过程中,对木板,其动量增量Δp1=nm·v1;对n个木块动量的增量Δp2=n[m·(v1-v0)],由n个木块与木板构成的系统动量守恒,则Δp1+Δp2=0,解以上各式得v1=.

(3)当第k号木块与木板相对静止时,速度最小为vk,对n个木块与木板构成的系统,初始总动量p1=m(v0+2v0+…+nv0),此时总动量p2=k(mvk)+nm·vk+p,式中p为此时从第k+1个木块到第n个木块的总动量.由于后面(n-k)个木块每个木块在相同时间内损失的动量都相同,且为m(kv0-vk),则p=[(k+1)+(k+2)+…+n]mv0-(n-k)m(kv0-vk),根据系统总动量守恒,得p1=p2,解以上各式得vk=v0.

答案:(1)v0  (2)  (3)v0


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