【说明】上述求解是根据列车受力的特点,恰当地选取研究对象,巧妙地运用了动量守恒定律,显得非常简单.如果把每一部分作为研究对象,就需用牛顿第二定律等规律求解.有兴趣的同学,请自行研究比较.
【例4】【分析】取相互作用的两个小球为研究的系统。由于桌面光滑,在水平方向上系统不受外力.在竖直方向上,系统受重力和桌面的弹力,其合力为零.故两球碰撞的过程动量守恒.
【解】设向右的方向为正方向,则各速度的正、负号分别为
v1=30cm/s,v2=10cm/s,v'2=0.
据动量守恒定律有mlvl+m2v2=m1v'1+m2v'2.
解得v'1=-20cm/s.
即碰撞后球m1的速度大小为20cm/s,方向向左.
【说明】通过此例总结运用动量守恒定律解题的要点如下.
(1)确定研究对象.对象应是相互作用的物体系.
(2)分析系统所受的内力和外力,着重确认系统所受到的合外力是否为零,或合外力的冲量是否可以忽略不计.
(3)选取正方向,并将系统内的物体始、末状态的动量冠以正、负号,以表示动量的方向.
(4)分别列出系统内各物体运动变化前(始状态)和运动变化后(末状态)的动量之和.
(5)根据动量守恒定律建立方程,解方程求得未知量.
【例5】【分析】甲推出箱子和乙抓住箱子是两个动量守恒的过程,可运用动量守恒求解.甲把箱于推出后,甲的运动有三种可能:一是继续向前,方向不变;一是静止;一是方向改变,向后倒退.按题意要求.是确定甲推箱子给乙,避免跟乙相碰的最小速度.上述三种情况中,以第一种情况甲推出箱子的速度最小,第二、第三种情况则需要以更大的速度推出箱子才能实现.
【解】设甲推出的箱子速度为v,推出后甲的速度变为v1,取v0方向为正方向,据动量守恒有(M+m)v0=Mv1+mv. (1)
乙抓住箱子的过程,动量守恒,则Mv+mv0=(M+m)v2. (2)