Physics-Homework

Chapter 3

说明:

  1. $\dot{x}$表示$x$对时间的一阶导数,$\ddot{x}$表示$x$对时间的二阶导数。
  2. 粗体字母表示矢量。

3-4

解:

设绳子加速度为$a$,圆盘角加速度为$\beta$,有: \(\begin{cases} \frac{ms}{l}g-F=ma\\ Fr=\frac{1}{2}m^\prime r^2\beta\\ r\beta=a \end{cases}\Rightarrow a=\frac{mgs}{(m+\frac{1}{2}m^\prime)l}\)

3-5

解:

3-7

解:

3-8

解:

由角动量守恒,有: \(\frac{1}{2}m^\prime R^2\omega_0=(\frac{1}{2}m^\prime R^2+mu^2t^2)\omega\) 解得: \(\omega=\frac{\omega_0}{1+\frac{2mu^2t^2}{m^\prime R^2}}\) 得: \(\phi=\int^t_0\omega dt=\frac{R\omega_0}{u\sqrt{\frac{2m}{m^\prime}}}\arctan(\frac{ut}{R}\sqrt{\frac{2m}{m^\prime}})\)

3-9

解:

过程中,对O点角动量守恒: \(mv_0d=(\frac{1}{3}m^\prime L^2+md^2)\omega\) 由动量定理: \(F_x\cdot\Delta t=\frac{1}{2}m^\prime L\omega+md\omega-mv_0\) $y$方向受力分析: \(F_y-(m+m^\prime)g=\frac{1}{2}m^\prime L\omega^2\) 得: \(F_x=\frac{(\frac{1}{2}m^\prime L+md)\frac{mdv_0}{\frac{1}{3}m^\prime L^2+md^2}-mv_0}{\Delta t}\) \(F_y=(m+m^\prime)g+\frac{1}{2}m^\prime L(\frac{mdv_0}{\frac{1}{3}m^\prime L^2+md^2})^2\)

3-11

解:

对O点角动量守恒: \(m_2v_1l=-m_2v_2l+\frac{1}{3}m_1l^2\omega\) 细棒转动时: \(\frac{1}{3}m_1l^2\beta=\mu m_1g\frac{l}{2}\) 得: \(t=\frac{\omega}{\beta}=\frac{2m_2(v_1+v_2)}{\mu m_1g}\)

3-16

解: 子弹与棒的碰撞过程,由角动量守恒: \(mv_0l=(\frac{1}{3}m_0l^2+ml^2)\omega\) 摆动过程,能量守恒: \(\frac{1}{2}(\frac{1}{3}m_0l^2+ml^2)\omega^2=mgl+\frac{1}{2}m_0gl\) 解得: \(v_0=\sqrt{(\frac{m_0}{3m}+1)(\frac{m_0}{m}+2)gl}\)

3-18

解: