一条均匀链条,质量为m,长为L,成直线状放在桌面上。
此题目可以去整条链条为研究对象,用动能定理可以很好解题。具体如下:
一条均匀链条,质量为m,长为L,成直线状放在桌面上。已知链条下垂长度为a时,链条开始下滑。试用动能定理计算下面两种情况链条刚好全部离开桌面时的速率。
解:
那么第二题则有:
处理多过程问题
应用动能定理处理多过程运动问题关键在于分清整个过程有几个力做功,及初末状态的动能,采用动能定理处理问题无需考虑其具体的运动过程,只需注意初末状态即可。
求往复运动的总路程及次数问题,若用牛顿定律和运动学公式求解,必须用数列求和的方法,但对于其中的某些问题求解,如用动能定理求解,可省去不少复杂的数学推演,使解题过程简化。
以上资料参考 百度百科—动能定理
首先设总长为l,总重力为mg,掉下的部分为l/x。即一开始重心在l/2x处,重力大小为mg/x;后来重心在l/2处,重力大小为mg。由于是变力故不可套用公式w=fx,应此画出f/l图,然后算出所围的面积,图略,式子为1/2(mg/x+mg)(l/2-l/2x)
因为是链条,要考虑冲击力
竖直的部分长为S,假设经过极短的时间t,则被新拉起的链条长为vt
根据动量定理,设对这一小段的拉力为F,则(F-M/L*vtg)t=M/L*vt*v
因为t很小,忽略括号中的第二项得F=M/L*v2
所以总拉力:M/L*Sg+F
垂直部分:
mg-F=ma-------------------------1)
斜面部分,斜面方向:
F-mg*sinθ=ma-------------------2)
联立以上两式可求解得:
a=0.5g(1-sinθ)>0
即表示链条由静止后释放,链条会沿着垂直边往垂直方向上滑落。
设链条拐角处为零高度点,则初始时刻斜面上链条的重心位置为:
h1= - 1/2(L/2)sinθ= - (Lsinθ)/4----------------------------3
初始时刻垂直方向部分链条的重心位置为
h2= - 1/2(L/2)= - L/4----------------------------------------4
链条刚好滑出斜面瞬间链条的重心位置为:
h3= - 1/2L= - L/2--------------------------------------------5
链条刚好滑出斜面瞬间的速度设为V,根据能量守恒定律有:
mgh1+mgh2=2mgh3+1/2*2m*V^2-----------------------6
根据式子3、4、5、6可化简得:
V=√(gL*(3-sinθ)/4)