平抛运动是初速度为水平方向的抛体运动。在物理学中,平抛运动可以用以下公式描述:
1. 速度公式:V = V0 + at,其中V0是初速度,a是重力加速度,t是时间。
2. 位移公式:s = V0t + 1/2 at^2。
3. 水平位移:x = V0 t。
4. 竖直高度:h = 1/2 at^2。
5. 竖直速度:Vy = at。
6. 角度公式:tanθ = Vy / V0。
7. 时间公式:t = sqrt(2h / g) - sqrt(gh / (V0^2 + g^2)),其中t是平抛运动的时间,h是竖直方向上的位移,g是重力加速度。
以上就是一些基本的平抛运动公式。需要注意的是,这些公式需要结合具体的物理情境进行理解和使用。
题目:一个质量为 m 的小球,从高度为 H 的水平桌面边缘处以初速度 v0 水平抛出,与桌面间的动摩擦因数为 μ。求小球从抛出到落地的过程中的机械能损失。
【分析】
小球在运动过程中受到重力、支持力和滑动摩擦力。重力做功使小球的机械能增加,而支持力和滑动摩擦力做功使小球的机械能减少。
【解答】
根据平抛运动的规律,可得到小球的水平位移为:
x = v0t
小球在竖直方向上做自由落体运动,可得到小球的运动时间为:
t =
根据机械能守恒定律,小球在空中的机械能等于初始机械能,即:
E_{k0} + E_{p0} = E_{k} + E_{p}
其中,E_{k}为小球在空中时的动能,E_{p}为小球在空中时的重力势能。
由于小球受到滑动摩擦力作用,所以机械能的损失等于滑动摩擦力做的功,即:
ΔE_{k} = -μmg(H + x)
其中,μ为滑动摩擦系数,g为重力加速度。
将上述公式代入机械能守恒定律中,得到:
E_{k0} + E_{p0} = E_{k} + E_{p} + μmg(H + x)
由于小球在水平方向上做匀速直线运动,所以其动能不变,即:
E_{k0} = E_{k} =
又因为重力势能增加量为:
ΔE_{p} = mgh = mg(H - x)
将上述公式代入上式中,得到:
mg(H - x) + μmg(H + x) = 0
化简后得到:μmgx = -mgH
因此,小球的机械能损失为:
ΔE = μmgx = -mgH
【总结】
本题中,小球从水平桌面边缘处以初速度v0水平抛出,与桌面间的动摩擦因数为μ。小球在运动过程中机械能的损失等于滑动摩擦力做的功,即μmg(H + x)。最终得到机械能损失为-mgH。