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在建筑工地上,我们常常看到工人用重锤将柱桩打入地下的情景。对此,我们可以建立这样一个力学模型:重锤的质量为m,从距桩顶高H处自由下落,柱桩的质量为M,重锤打击柱桩后不反弹且打击时间极短,柱桩受到地面的阻力恒为f,空气阻力忽略不计。利用这一模型,计算重锤一次打击柱桩时桩进入地下的深度。

一位同学这样解:

设柱桩进入地面的深度为h,对全程运用动能定理,得mg(H+h)+Mgh-fh=0

可解得:h=……

你认为该同学的解法是否正确?如果正确,请求出结果;如果不正确,请说明理由,并列式求出正确的结果。

答案

解:不正确。

因为在锤与桩碰撞过程中总机械能有损失

正确解答如下:设重锤打击柱桩前的速度为v0,根据机械能守恒定律,有

mgH=mv02  得v0=

打击后瞬间锤与桩速度相同,设为v,根据动量守恒定律,有mv0=(M+m)v

得v=

之后,锤与桩一起向下运动直至静止,设柱桩进入地面的深度为h,根据动能定理,有

[(m+M)g-f]h=0-(m+M)v2

联立求得h=

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