题目:质量分别为mm2m2m的小球AABB由长为ll的刚性轻杆连结,放在光滑的水平面上。开始时,给AA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vv(此时BB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mm的小物块CC,并恰好粘附在小球AA上,分析轻杆的运动。

2.1.jpg

解答:

第一阶段:系统质心速度vc=13vv_c=\frac13v,杆的角速度ω=vl\omega=\frac vl

根据CC粘连前后列动量、角动量守恒方程:

动量守恒:3mvc=4mvc3mv_c=4mv_c'

解得:vc=v4v_c'=\frac v4

角动量守恒:
先求作用前对杆的中点的角动量

L=[m(23l)2+2m(13l)2]ω+3m(12l13l)vcL=\left[m\left(\frac23l\right)^2+2m\left(\frac13l\right)^2\right]\omega+3m\left(\frac12l-\frac13l\right)v_c

解得:L=56mlL=\frac56ml

粘在一起后对杆的中点的角动量(质心改变为杆中点):

L=[2m(12l)2+2m(12l)2]ωL=\left[2m\left(\frac12l\right)^2+2m\left(\frac12l\right)^2\right]\omega'

解得:ω=5v6l\omega'=\frac{5v}{6l}

2.2.jpg

所以,杆的质心以速度vc=v4v_c'=\frac v4平动,同时轻杆以角速度ω=5v6l\omega'=\frac{5v}{6l}\\绕质心转动。


物理竞赛      物理 力学

本博客所有文章除特别声明外,均采用 CC BY-SA 3.0协议 。转载请注明出处!