题目
一个圆柱体,质量为M,半径为R,可绕固定的通过其中心轴线的光滑轴转动,原来处于静止、现有一质量为m、速度为v的子弹,沿圆周切线方向射入圆柱体边缘.子弹嵌入圆柱体后的瞬间,圆柱体与子弹一起转动的角速度= .(已知圆柱体绕固定轴的转动惯量J=12MR2)
一个圆柱体,质量为M,半径为R,可绕固定的通过其中心轴线的光滑轴转动,原来处于静止、现有一质量为m、速度为v的子弹,沿圆周切线方向射入圆柱体边缘.子弹嵌入圆柱体后的瞬间,圆柱体与子弹一起转动的角速度= .(已知圆柱体绕固定轴的转动惯量J=12MR2)
题目解答
答案
2mvMR+2mR
解析
步骤 1:确定子弹和圆柱体的初始状态
子弹以速度v沿圆周切线方向射入圆柱体边缘,圆柱体原来处于静止状态。
步骤 2:应用角动量守恒定律
子弹射入圆柱体边缘后,子弹和圆柱体作为一个整体绕固定轴转动。根据角动量守恒定律,子弹射入前的角动量等于子弹射入后整体的角动量。
子弹射入前的角动量为:L1 = mvr
子弹射入后整体的角动量为:L2 = Jω + mR^2ω
其中,J为圆柱体绕固定轴的转动惯量,ω为子弹射入后整体的角速度。
步骤 3:求解子弹射入后整体的角速度
根据角动量守恒定律,有:L1 = L2
即:mvr = (J + mR^2)ω
代入圆柱体绕固定轴的转动惯量J = 1/2 MR^2,得:
mvr = (1/2 MR^2 + mR^2)ω
解得:ω = 2mv / (MR + 2mR)
子弹以速度v沿圆周切线方向射入圆柱体边缘,圆柱体原来处于静止状态。
步骤 2:应用角动量守恒定律
子弹射入圆柱体边缘后,子弹和圆柱体作为一个整体绕固定轴转动。根据角动量守恒定律,子弹射入前的角动量等于子弹射入后整体的角动量。
子弹射入前的角动量为:L1 = mvr
子弹射入后整体的角动量为:L2 = Jω + mR^2ω
其中,J为圆柱体绕固定轴的转动惯量,ω为子弹射入后整体的角速度。
步骤 3:求解子弹射入后整体的角速度
根据角动量守恒定律,有:L1 = L2
即:mvr = (J + mR^2)ω
代入圆柱体绕固定轴的转动惯量J = 1/2 MR^2,得:
mvr = (1/2 MR^2 + mR^2)ω
解得:ω = 2mv / (MR + 2mR)