1.如图所示,可视为质点的两个小球通过长度L=6 m的轻绳连接,甲球的质量为m1=0.2 kg,乙球的质量为m2=0.1 kg.将两球从距地面某一高度的同一位置先后释放,甲球释放Δt=1 s后再释放乙球,绳子伸直后即刻绷断(细绳绷断的时间极短,可忽略),此后两球又下落t=1.2 s同时落地.可认为两球始终在同一竖直线上运动,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2.求:
(1)从释放乙球到绳子绷直的时间t0;
(2)绳子绷断的过程中绳对甲球拉力的冲量大小.
解析:(1)细线伸直时甲球的位移为:x甲=12g(t0+Δt)2,
乙球的位移为:x乙=12gt20,
因为x甲-x乙=L,
联立解得:t0=0.1 s.
(2)细线伸直时甲、乙的速度分别是:
v甲=g(t0+Δt)=11 m/s,
v乙=gt0=1 m/s,
设细线绷断瞬间甲、乙球的速度分别为:v′甲和v′乙,
继续下落至落地时有:v′乙t+12gt2-(v′甲t+12gt2)=L.
又在绳绷断的极短时间内两球动量守恒,
则有:m1v甲+m2v乙=m1v′甲+m2v′乙,
联立方程解得:v′甲=6 m/s,v′乙=11 m/s.
设绳子绷断过程中绳对甲球拉力的冲量大小为I,
由动量定理得:I=m1(v′甲-v甲)=1.0 N•s.
答案:(1)0.1 s (2)1.0 N•s