题目:质量分别为m和2m的小球A和B由长为l的刚性轻杆连结,放在光滑的水平面上。开始时,给A球一个冲量,使之获得一个在水平面内并与轻杆垂直的初速度v(此时B球的速度为零)。在轻杆转过半圆时,从空中垂直落下一个质量为m的小物块C,并恰好粘附在小球A上,分析轻杆的运动。
解答:
第一阶段:系统质心速度vc=31v,杆的角速度ω=lv
根据C粘连前后列动量、角动量守恒方程:
动量守恒:3mvc=4mvc′
解得:vc′=4v
角动量守恒:
先求作用前对杆的中点的角动量
L=[m(32l)2+2m(31l)2]ω+3m(21l−31l)vc
解得:L=65ml
粘在一起后对杆的中点的角动量(质心改变为杆中点):
L=[2m(21l)2+2m(21l)2]ω′
解得:ω′=6l5v
所以,杆的质心以速度vc′=4v平动,同时轻杆以角速度ω′=6l5v绕质心转动。