题目
6.质量为 m的小球自高为 y0处沿水平方向以速率 v0抛出,与地面碰撞后跳起的最大高度为 y0/2,水平速率为 v0/2.则碰撞过程中(1) 地面对小球的竖直冲量的大小为___________;(2) 地面对小球的水平冲量的大小为_________.y
6.质量为 m的小球自高为 y0处沿水平方向以速率 v0抛出,与地面碰撞后跳起的最大高度为 y0/2,水平速率为 v0/2.则碰撞过程中(1) 地面对小球的竖直冲量的大小为___________;(2) 地面对小球的水平冲量的大小为_________.y
题目解答
答案
解:碰前小球沿 x 和 y方向的速度分别为:vx 0vvy2gy1 yy0mv01v碰后小球沿 x 和 y方向的速度分别为:02O020xvx '0v/2vy 'gy0地面对小球的竖直冲量大小mv'mv1(2)mgyyy0地面对小球的水平冲量大小mv'mvmv0/2xx
解析
步骤 1:确定碰撞前小球的速度
小球在抛出时,沿水平方向的速度为 \(v_0\),竖直方向的速度为 \(0\)。因此,碰撞前小球的速度为 \(v_0\),方向为水平方向。
步骤 2:确定碰撞后小球的速度
碰撞后,小球跳起的最大高度为 \(y_0/2\),根据能量守恒定律,小球在最高点的动能为 \(0\),势能为 \(mgy_0/2\)。因此,小球在碰撞后竖直方向的速度为 \(\sqrt{2gy_0/2} = \sqrt{gy_0}\)。水平方向的速度为 \(v_0/2\)。
步骤 3:计算竖直方向的冲量
竖直方向的冲量 \(I_y\) 等于小球在碰撞前后竖直方向动量的变化,即 \(I_y = m\sqrt{gy_0} - 0 = m\sqrt{gy_0}\)。
步骤 4:计算水平方向的冲量
水平方向的冲量 \(I_x\) 等于小球在碰撞前后水平方向动量的变化,即 \(I_x = m(v_0/2) - mv_0 = -mv_0/2\)。冲量的大小为 \(mv_0/2\)。
小球在抛出时,沿水平方向的速度为 \(v_0\),竖直方向的速度为 \(0\)。因此,碰撞前小球的速度为 \(v_0\),方向为水平方向。
步骤 2:确定碰撞后小球的速度
碰撞后,小球跳起的最大高度为 \(y_0/2\),根据能量守恒定律,小球在最高点的动能为 \(0\),势能为 \(mgy_0/2\)。因此,小球在碰撞后竖直方向的速度为 \(\sqrt{2gy_0/2} = \sqrt{gy_0}\)。水平方向的速度为 \(v_0/2\)。
步骤 3:计算竖直方向的冲量
竖直方向的冲量 \(I_y\) 等于小球在碰撞前后竖直方向动量的变化,即 \(I_y = m\sqrt{gy_0} - 0 = m\sqrt{gy_0}\)。
步骤 4:计算水平方向的冲量
水平方向的冲量 \(I_x\) 等于小球在碰撞前后水平方向动量的变化,即 \(I_x = m(v_0/2) - mv_0 = -mv_0/2\)。冲量的大小为 \(mv_0/2\)。