[动量定理在微小过程中的应用例说] 动量定理推导过程

时间:2019-01-18 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  摘要:物体受到的合力的冲量等于物体动量的变化,公式I= △P. 是矢量方程. 物体做直线运动时,建立该方向的动量方程即可;物体做平面运动时,往往需建立两个相互垂直方向的动量定理方程才能求解. 使用动量求解冲击、打击、碰撞等微小过程中物体受到变力作用的问题时,有优越性,在这些微小过程中,由于物体受到冲击力作用,物体的运动状态发生突变,冲击力比物体受到的恒力如重力大得多,列动量定理方程时,可以将这些恒力忽略. 本文举例说明其应用。
  关键词:动量定理;微小过程;应用;例题
  
  中图分类号:G633.7 文献标识码:E 文章编号:1672-1578(2012)02-0257-02
  
  
  例1、用光滑柔软的布做成的正方形卷轴窗帘的面积为α×α=1.5×1.5 m?2,质量为 =2kg,将窗帘的最下边B 抬起与固定的上边缘A 对齐,使之对折起来,然后B 端由静止落下,如图(1)所示. 求出作用于屋檐板上的力F 随时间t 变化的函数关系。
  
  解: 端脱落后下降时间为t ,在t 时间内B端的运动是自由落体运动,如图(2)所示, 在t 时间, B端下落的距离为:h=12gt?2。
  此时BC 部分速度为v=gt
  
  设想从此时刻起,经△t→0 ,将有△y=v2△t 长度的窗帘速度由v 变为0,以该△y 长度的窗帘作为研究对象,以竖直向上为正方向,如图(3)所示,根据动量定理,有:
  (F-△mg)△t=P?2-P?1=0-(-△mv)①
  其中 △m=ma△y=ma12v△t②
  由于△m→0 ,忽略其重力,①式变为 F△t=m2av?2△t,
  得F= mv?22a
  此时AC 段的长度 ,以AC=a2+h2 段为研究对象,如图(4)所示,根据平衡条件及牛顿第三定律得:
  
  F?A=F+m?A?Cg=m2av?2+ma(a+h2)g
  F?A=m2a+2gh+12(1+ha)mg=mga12gt?2+m2(1+12agt?2)g
  F?A=12mg+34amg?2t?2=12×2×9.8+34×11.5×2×9.8?2t?2=9.8+96t?2
  由于B 端下落到最低点的时间
  t=2ag=2×1.59.8 s=0.55s.
  屋檐板上的力F?A随时间t 的函数关系为:
  F?A=9.8+96t?2?19.6N 0≤t≤0.55s?t>0.55s
  例2、一袋面粉沿着与水平面倾角α=60?0 的光滑斜板上,从高 处无初速度地滑下来,落到水平地板上,袋与地板之间摩擦系数μ =0.7,试问:
  (1)面粉袋停在何处?
  (2)如果H =2m, α=45?0,μ =0.5,袋又将停在何处?
  解:该问题设计成一袋面粉从高处滑下,隐含了面粉袋从斜面冲向水平面时,虽然受到水平面的冲击力,面粉袋也不会跳起,它始终不会离开水平面. 本题中没有给面粉袋的长度,可不考虑其大小.
  (1)面粉袋从高 处无初速滑下,到达水平面时速度为 ,根据机械能守恒定律有:
  mgH=12mv?2,v=2gH
  将速度 分解成水平和竖直方向的分量v?x,v?y , . 如图(5)所示.
  v?x=vcosα=1v?v?y=vsinα=32v
  
  设经△t ,竖直方向的分速度减为零,由于△t 是一个微小量,此过程中可不计重力的冲量,根据动量定理有
  N△t=0-(-mv?y)=32mv ①
  设此在△t 时间内,水平面对面粉袋的摩擦力始终存在,在△t 末时刻速度为v?" ,以向左为正方向,列动量定理方程:
  -f.△t=mv?"-mv?x②
  注意到 f=μN③
  将①③式代入②式中得
  v?"=v?x -μ32μv=-0.1v<0

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