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“摩擦力做功:+f滑s_a=μ2gs_a”
“弹力做功:w弹=-(12)kx?2”
(弹力做负功,大小等于弹性势能增加量)“所以:μ2gs_a-(12)kx?2=Δek_a=(29)v?2”
(1)式“现在我们有两个方程,但有三个未知数:s_a,s_b,x?。
还差一个关系。”
凌凡看着赵鹏。
赵鹏皱着眉头,忽然灵光一闪:“弹簧的压缩量x?!
不就是a相对于墙的位移吗?而a是从静止开始向右运动的,所以s_a=x?对不对?因为墙没动!”
“太对了!”
凌凡用力一拍赵鹏的肩膀,“关键点!
对于一端固定的弹簧,物体的位移就等于弹簧的形变量!
所以s_a=x?!”
“代入(1)式:”
“μ2gx?-(12)kx?2=(29)v?2”
(2)式“而我们之前由b的动能定理得到了:s_b=(5v?2)(18μg)”
“我们还知道相对位移:s相对=s_b-s_a=s_b-x?”
“而摩擦力生热q=f滑s相对=μ2g(s_b-x?)”
“另一方面,系统机械能损失Δe=(13)v?2-(12)kx?2”
“根据能量守恒,Δe=q”
“所以:(13)v?2-(12)kx?2=μ2g(s_b-x?)”
“将s_b代入:”
“(13)v?2-(12)kx?2=μ2g((5v?2)(18μg)-x?)”
“化简,两边同时除以:”
“(13)v?2-(12)(k)x?2=2μg((5v?2)(18μg)-x?)=(1018)v?2-2μgx?=(59)v?2-2μgx?”
“整理方程:”
“(13)v?2-(59)v?2+2μgx?-(12)(k)x?2=0”
“(-29)v?2+2μgx?-(12)(k)x?2=0”
“两边乘以18以消去分母:”
“-4v?2+36μgx?-9(k)x?2=0”
“即:9(k)x?2-36μgx?+4v?2=0”
“这就是关于x?的一元二次方程,解之即可得到x?。”
,!
虽然最后需要解方程,但整个思路完全规避了复杂的动力学过程,只用了动量守恒、动能定理和能量守恒观念!
“哇……”
赵鹏看着凌凡流畅的推导,虽然最后方程有点复杂,但每一步的物理意义都非常清晰,不禁发出惊叹,“……好像……确实比硬用牛顿定律清晰多了……”
“这就是能量和动量观点的威力。”
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