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这个发现让凌凡惊出一身冷汗。
他意识到问题远比他想象的复杂。
可能的过程是:初始瞬间,静摩擦力试图维持纯滚动,但发现无法同时满足平动和转动需求(因为木板也在加速),因此很快会出现相对滑动!
摩擦力由静摩擦变为滑动摩擦!
这意味着整个过程需要分段处理!
存在一个从静摩擦到滑动摩擦的临界点!
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第一天晚上,凌凡在发现初始模型的矛盾后陷入停滞。
他意识到自已对静摩擦力在维持纯滚动中的作用理解不够深刻,对多物体系统且存在转动的动力学过程缺乏分析经验。
他带着满脑子的问号和挫败感入睡。
第二天:攻坚与僵持(周六全天)凌凡没有放弃。
他重新审视题目,“极轻微的扰动”
、“v?极小”
这些条件再次引起他的注意。
也许在极短时间内,可以近似认为纯滚动成立?或者需要更精确地分析临界条件。
他尝试设静摩擦力f<μn1(最大值),然后联立平动和转动方程,看看f需要满足什么条件才能同时成立。
经过繁琐的代数运算,他得到了一个关系式,发现只有当木板的加速度a板满足某个特定值时,f才能既满足平动又满足转动且小于μn1。
否则,静摩擦力将无法维持纯滚动,发生滑动。
这验证了他的猜想:滑动很可能发生。
那么,接下来就需要分析滑动发生后的动力学。
滑动后,摩擦力变为滑动摩擦力,大小恒定f滑=μn1=μg。
此时,对球:水平方向,f滑=a球转动方向,f滑r=iβ=(25r2)β此时,a球与βr不再相等!
球一边平移一边打滑。
对木板:水平方向,-f滑=a板运动变得异常复杂。
球和木板的加速度都是恒定的,但不同。
需要找到球相对于木板的运动方程,进而求时间t。
凌凡陷入了复杂的计算和运动分析中。
他列出了球相对木板的加速度表达式,试图积分求相对位移随时间的关系,并令相对位移等于l时解出时间t。
但式子非常复杂,且涉及两个物体对地的运动,关系错综复杂。
第二天在草稿纸堆成小山、头脑几近爆炸的状态下结束。
他取得了进展,意识到了分段和临界点,但被后续的复杂计算牢牢卡住,看不到完全解出的希望。
赵鹏打电话叫他出去玩,被他直接拒绝。
他整个人都沉浸在这道题的泥潭里。
第三天:顿悟与突破(周日上午)经过一夜的沉淀,周日早上醒来,凌凡的脑子似乎清醒了一些。
他重新审视整个系统。
既然水平面光滑,那么系统在水平方向不受外力!
动量守恒!
这个关键的洞察,像一道闪电劈开了迷雾!
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