
如图所示,在广阔的水平面上固定有一个边长为的正方形光滑薄板ABCD,薄板中心O点钉有一枚钉子,长为L的不可伸长的轻绳一端通过极小绳套套在钉子上,另一端与质量为m的物块P连接,物块以大小为v0的速度绕O点做圆周运动。不计绳套与钉子间的摩擦力,重力加速度取g。求:
(1)物块P运动到图中M点()时,绳子张力T的大小;
(2)某时刻剪断轻绳,从剪断轻绳到物块P离开薄板的最短时间t;
(3)在(2)的结果下,将物块离开薄板的位置标记为N点(图中未画出),沿着离开时的速度方向,从N点前方Q点(图中未画出)开始每间距L静置有与P完全相同的物块很多个(N、Q间距也为L),将Q点静置的物块编号为1,以后依次为2、3、4……,在物块P到达N点时立即对其施加与速度同向的恒力物块与水平面间的动摩擦因数均为
所有物块间的碰撞均为完全非弹性碰撞。则最多能与编号为多少的滑块相碰撞。
【答案】(1)
(2)
(3)最多能与编号为6的物块碰撞
【知识点】含有动量守恒的多过程问题、利用动量守恒及能量守恒解决(类)碰撞问题
【详解】(1)物块做匀速圆周运动,在
点时,绳子张力提供向心力所以
(2)由几何关系得
(3)第次碰前、碰后,系统的动能关系
碰撞后动能记为,则
将记作第
次碰后系统总动能
则有
…
数学处理后,有
将代入,得到
若,n至少取7
即与编号为6的物块碰流结束,继续向前运动,未与7碰流,已减速到0,所以最多能与编号为6的物块碰撞。
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