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例13 如图2-38所示,质量M的匀质细软绳,下端恰好与水平地面接触,上端用手提住,使绳处于静止伸直状态.而后松手,绳自由落下,试求绳落下l<L长度段的时刻地面所受正压力大小N.
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图 2-38
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解 方法一:落下l长度段时,地面所受正压力N中的一部分N1由l段静绳施加,大小为
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另一部分N2是由正在下落的绳施加,此时绳的下落速度,dt时间内下落的绳段长vdt,具有的向下动量为
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此动量被N2在dt时间内提供的向上冲量减为零,即有
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最后得
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方法二:对软绳整体,据(2.34)式,沿竖直朝下方向,有
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也得上述结果.
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例14 足够高的桌面上开一小孔,长L、质量M的均匀细杆竖直穿过小孔,一半在孔的上方.细杆下端有一质量m<M的小虫,小虫正下方的地面上有一支点燃的蜡烛,如图2-39所示.设开始时细杆、小虫均处于静止状态,而后在系统自由释放后的瞬间,小虫以相对细杆恒定的速度v向上爬行,且在到达小孔前始终未离开杆.
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图 2-39
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(1)小虫为避免被蜡烛烧伤,v可取的最小值v0多大?
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(2)小虫取v0相对细杆向上爬行,爬到小孔处相对桌面的速度vm多大?
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解 小虫相对于细杆向上爬行实为变速运动,题文取平均,模型化为匀速运动.按此模型,在初速为零的自由落体参考系中,小虫与细杆在开始后的极短时间内形成相对速度v后,两者间便无相对加速度,因此便无相互作用力.还原到地面系,这可等效为开始时小虫借助细杆向上跳跃,获得向上初速度vm(0),极短时间内系统动量守恒,细杆获得向下的初速度vM(0).而后,小虫、细杆分别作上抛、下落运动.
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