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设球A打B后,A,B分别进入图3-33中的洞1,2,则B球初始位置必须满足到洞1和到洞2的两条连线互相垂直的条件,满足此条件的所有位置构成以洞1和2连线为直径的半圆周.A球的初始位置必须在此半圆之外,例如B球摆在图中位置时,则A球可摆在图中画斜线的区域内.球杆击A球时需对着球洞1,2之间连线的某处且使A,B间能发生图3-32所示的碰撞.真实情况下,靠桌壁的部位都是不可取的.
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图 3-33
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据上分析,B球可摆在图3-34所示的四个半圆周上,对每一个摆好的B球位置,再按图3-33所示,确定A球可摆放的位置.
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图 3-34
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例16 质量相同的两个小球A和B用长L的轻绳连接后放在光滑的水平桌面上,开始时A与B间距为,B静止,A朝着与A,B连线垂直的方向运动,如图3-35所示.假设绳不可伸长且不损耗机械能,试分析地画出而后A,B的运动轨迹.
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图 3-35
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解 A的初速记为v0,A运动到绳被拉直时,v0与绳长方向成45°角,如图3-36所示.将v0分解为图示的v⊥与v∥,沿绳长方向绳中张力的作用可类比成弹性碰撞,使A,B交换沿绳长方向的速度,即A失去v∥,B得到v∥.绳中张力对A的v⊥无影响,A将保留v⊥分速度.于是,A,B运动速度将如图3-37所示,在B未到达图中的最高点前,A与B的间距小于L,绳呈松弛状态.
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图 3-36
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图 3-37
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当B到达图3-37最高点时,A,B间距又达L,绳第二次被拉直.此时B的速度因与绳长方向垂直而转化为新的v⊥,A的速度恰好沿绳长方向而转化为新的v∥.绳的作用使A失去v∥而停下,B则在原有的v⊥之外又获得v∥,从而具有合成速度v0.当B向前行路程时,系统又呈现与图3-35相似的状态,只是A和B互相置换.
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A,B而后的运动分别与前面所述的B,A运动相同,如此进行下去,A,B运动轨迹如图3-38所示.
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图 3-38
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本题涉及在轻绳拉直的短暂过程中,绳中张力对连接在两端的小球沿绳长方向运动速度的影响.过程短暂,张力很大,平常大小的外力提供的冲量可以略去,系统沿绳长方向动量守恒,可类比为两小球的一维碰撞.若轻绳不损耗机械能,可类比为弹性碰撞.若绳的作用结果使两球沿绳长方向速度相同,则可类比为完全非弹性碰撞,此时机械能损失最大,这种情况也可说成“绳一旦伸直,不再回缩”.一般情况下,轻绳会损耗机械能但未达最大,均可类比为非弹性碰撞.
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