如图,质量为M的圆柱形木棒竖直放置,在其顶部套有质量为m的薄铁环,当棒和环有相对运动时,棒和环之间有大小恒为kmg(k>1)的摩擦力.现突然在棒下端给棒一个很大的冲击力,使棒在瞬间具有竖直向上的初速度v0.若要求铁环在木棒落地前不滑离木棒.
(1)此木棒的长度L不得少于多少?
(2)求棒上升的最大高度.
网友回答
解:(1)铁环的加速度,方向竖直向上.
木棒的加速度,方向竖直向下.
则环相对木棒的加速度a=.
木棒的长度至少应等于环相对木棒的最大位移,L=.
(2)环棒速度相等时有:
对铁环有:v=a1t
对木棒有:v=v0-a2t
由以上各式得,v==
设此时木棒上升的最大高度为h1,以木棒初速度方向为正方向
得
环棒速度相同后一起向上做匀减速运动
则棒上升的最大高度h=.
答:(1)此木棒的长度L不得少于.
(2)棒上升的最大高度为.
解析分析:(1)根据牛顿第二定律求出铁环和木棒的加速度,抓住相对加速度,根据相对末速度为零,结合速度位移公式求出木板的至少长度.
(2)根据牛顿第二定律,结合运动学公式求出环和棒速度相等时上升的高度,然后一起向上做匀减速直线运动,通过速度位移公式求出一起匀减速运动的位移,从而得出上升的最大高度.
点评:本题考查了牛顿第二定律的运动学公式的综合运用,对学生能力要求较高,知道加速度是联系力学和运动学的桥梁.