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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:

设柱桩进人地面的深度为h,对全程运用动能定理,得:

   

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

不正确。………………………………………………………………………………(2分)

因为在锤与桩碰撞过程中系统机械能有损失。……………………………………(2分)

正确解答如下:

设重锤打击柱桩时的速度为v0根据机械能守恒定律,有

      得  ……………………………………………(2分)

打击桩后共速,设为v根据动量守恒定律,有 mv0= (Mm  …………(2分)

得   …………………………………………………………………(1分)

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

           …………………………………(2分)

联立求得    ……………………………………(3分)

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