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图 3-24
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(1)试求圆槽绕A点旋转角速度ω和小球与BC2A半圆槽底部间的摩擦因数μ;
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(2)判定小球到达C2点后能否停留在该处,若不能,小球将朝哪一个方向运动?
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解 (1)圆槽参考系是匀速旋转非惯性系,惯性离心力对应离心势能,科里奥利力不作功.将小球初位置B与到达的位置A和后来又到达的位置C分别联系起来,可建立两个功能关系式:
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式中m为小球质量.由此可解得
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(2)小球在C2处的惯性离心力水平向右切向分量为
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C2处的最大静摩擦力和滑动摩擦力为
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因此小球到达C2点后不能停留在该处,而会朝右后退运动.
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力学(物理类) 3.4 碰 撞
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宏观世界经常会发生物体间的碰撞,碰撞过程经历的时间一般很短,物体的动量却有明显变化,可见碰撞力很大,常规力(例如重力、地面摩擦力等)与其相比提供的冲量可以忽略,碰撞前后系统动量守恒.物体因运动到一起而发生碰撞,全过程物体间力的作用有可能不损耗系统动能,犹如其间是弹性力的作用,这样的碰撞称为弹性的,否则称为非弹性的.碰后物体一起运动,系统动能损失最大,称为完全非弹性碰撞.两个物体的碰撞为二体碰撞,自然也有多体碰撞.将碰撞的物体模型化为质点,碰撞前后各质点速度若都在一条直线上,称为一维碰撞;不在一条直线上,但在一个平面内,称为二维碰撞;再者,还有三维碰撞.一维碰撞也称为正碰撞,二维、三维碰撞为斜碰撞,第5章将述及质心参考系中的二体斜碰撞都是二维碰撞.
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碰撞的基本问题是已知碰撞前系统的运动状态,要求确定碰撞后系统的运动状态.处理多体碰撞与斜碰撞时,将物体模型化为质点,常会丢失真实物体互相挤压和真实物体几何位形可提供的力学关系,使得碰撞问题的解出现不定性.这种情况下,物体可以不处理成质点.
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微观粒子间的相互作用,也会使粒子彼此快速接近,继而快速分离.略去细节,同样可处理成碰撞过程.宇观星体间类似的接近、分离过程中,如果其他天体引力提供的冲量可以略去,也可处理成碰撞过程.
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3.4.1 一维碰撞
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质点1和2碰撞前后的状态分别在图3-25(a)(b)中示出,可为待求的碰后速度v1,v2建立动量方程:
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