如图所示,质量m1=0.3kg 的小车静止在光滑的水平面上,车长L=1.5m,现有质量m2=0.2kg可视为质点的物块,以水平向右的速度v0=2m/s从左端滑上小车,最后在车面上某处与小车保持相对静止.物块

问题描述:

如图所示,质量m1=0.3kg 的小车静止在光滑的水平面上,车长L=1.5m,现有质量m2=0.2kg可视为质点的物块,以水平向右的速度v0=2m/s从左端滑上小车,最后在车面上某处与小车保持相对静止.物块与车面间的动摩擦因数μ=0.5,取g=10m/s2,求

(1)物块在车面上滑行的时间t;
(2)要使物块不从小车右端滑出,物块滑上小车左端的速度v′0不超过多少?


解法一:
(1)由题意知动量守恒,设物块与小车的共同速度为v,以水平向右为正方向(如图所示),根据动量守恒定律有
m2v0=(m1+m2)v…①
设物块与车面间的滑动摩擦力为F,对物块应用动量定理有
-Ft=m2v-m2v0…②
其中F=μm2g…③
解得    t=

m1v0
μ(m1+m2)g

代入数据得    t=0.24s…④
(2)要使物块恰好不从车厢滑出,须物块到车面右端时与小车有共同的速度v′,则
m2v'0=(m1+m2)v'…⑤
由功能关系有
1
2
m2v
20
1
2
(m1+m2)v2m2gL
…⑥
⑤⑥联立并代入数据解得:v0′=5m/s
故要使物块不从小车右端滑出,物块滑上小车的速度v0′不能超过5m/s.
解法二:
 (1)选物块原来的方向为正,
对小车有a1=
μm2g
m1
=
10
3
m/s2,…①
对物块a2=
−μm2g
m2
=-5m/s2…②
由于物块在车面上某处与小车保持相对静止,物块和车具有共同速度.
所以有v0+a2t=a1t…③
①②式代入③式解得t=0.24s
(2)要使物块恰好不从车厢滑出,须物块到车面最右端时与小车有共同的速度v′设小车的位移为s1,物块的位移为s2,物块原来的速度为v0'
对小车有:v′2-0=2a1s1…④
对物块有:v2 − 
v ′0
2
=2a2s2
…⑤
s2-s1=L…⑥
①②④⑤⑥联立解得v0'=5m/s
答:(1)物块在车面上滑行的时间为0.24s
(2)要使物块不从小车右端滑出,物块滑上小车左端的速度v0′不超过5m/s.