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相关例题:
题目:一个质量为$m$的小球从高度为$H$的平台上以初速度$v_{0}$水平抛出,与地面发生碰撞后反弹的高度为$h$。求小球在运动过程中受到的平均阻力大小。
解答:
首先,我们需要根据平抛运动的规律求出小球在空中的运动时间。根据平抛运动的规律,有:
水平方向:$x = v_{0}t$
竖直方向:$y = \frac{1}{2}gt^{2}$
其中,$g$为重力加速度。由于小球在碰撞后反弹的高度为$h$,因此有:
$y = H - h$
将上述关系代入竖直方向的方程中,得到:
$H - h = \frac{1}{2}g(t^{2})$
解得:$t = \sqrt{\frac{2(H - h)}{g}}$
接下来,我们需要考虑小球在地面上的运动情况。由于小球与地面发生碰撞后反弹,因此它受到的平均阻力与它反弹的高度有关。根据动量定理,小球在地面上的运动过程中受到的平均阻力大小为:
$\overset{―}{F} = \Delta p \cdot t = m \cdot g \cdot \frac{h}{t}$
其中,$\Delta p$为小球反弹前的动量变化量。由于小球在碰撞前后的速度大小相等,方向相反,因此有:
$\Delta p = 2mv_{0}$
将上述关系代入平均阻力的表达式中,得到:
$\overset{―}{F} = 2mg \cdot \frac{h}{t}$
最后,将上述两个方程联立,即可求出小球在运动过程中受到的平均阻力大小为:
$\overset{―}{F} = \frac{mg(H - h)}{g} = mg(H - h)$
因此,小球在运动过程中受到的平均阻力大小为$mg(H - h)$。
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