高二物理关于动量守恒的问题

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/21 11:14:50
光滑的水平桌面离地面高度为2l,在桌的边缘,一根长l的匀质软绳,一半搁在水平桌面上,一半自然悬垂桌下,放手后,绳子开始下落。试问:当绳子下端刚触地时,绳子的速度是多大?

这道题应该用机械能守恒解决:
设地面机械能为零。
初始状态下:动能为零,势能为:
m/2×2Lg+(m/2)×(3Lg/2)=7mgL/4
末状态下:
势能为L/2×mg+E动
即7mgL/4=mgL/2+E动
解得,E动=5mgL/4
即mV^2/2=5mgL/4,解得V=根号下(2.5gL)

这道题还是相当的麻烦的,说实话不会。
关键的难点是,绳子下落到题中的终态时,其质心在哪里。
当绳子从初态被释放之后,开始一段时间,上段的水平速度的速率与下段的垂直速率是相等的,并不断增加,这个速率u与下落高度z的关系可以由方程:
(1/2)(λL)*u^2=λzgz/2+(λgL/2)z;
得到
u=[g(z^2/L+z)]^0.5;
而绳子整体的水平动量为
Px=λ(L/2-z)u=λ(L/2-z)[g(z^2/L+z)]^0.5;
可以看出此表达式有一个最大值,为
z=(L/4)*(3^0.5-1)
即是说按这一模型来考虑的话,绳子整体的横向动量会变小,这需要桌子给绳子施加一个与运动方向相反的力,这显然不可能,所以实际的情况就是绳子在下落了这么多之后,横向动量达到极大值并脱离桌子边沿被甩开了。此后的运动没太想清楚,但是鉴于脱离一瞬间上段只有水平速度,下段只有垂直速度,感觉上会发生相对质心的转动,如此一来绳子落地时会与地面有一角度,则真正的势能转换就比较复杂了。