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试卷云
如图所示是一场杂技表演的舞台设计,不考虑演员的体型大小和花样动作,一辆质量m0=200kg的杂技车,前部为半径R=2.2m的四分之一圆弧光滑轨道AB,以速度v0=10.5m/s,正水平向右撞上质量m1=10kg的静止箱子,并粘卡在一起运动,箱子顶部与轨道底端B点等高,原来静止在箱子上质量为m2=50kg的演员甲,随后从B点无摩擦滑上轨道至A处,并被抛向空中,恰好运动到最高处抱紧了静止悬吊在空中质量为m3=30kg的小演员乙,小演员乙同时松手,两人一起安全落到杂技车上无滑动地站稳,忽略杂技车和箱子受到地面的摩擦力,不计空气阻力,重力加速度取g=10m/s2,求:
(1)杂技车与箱子碰撞后的速度v1,这次碰撞损失了多少机械能ΔE;
(2)小演员乙被抱紧时,重心应离箱子顶部水平面多高的位置;
(3)杂技车的总长度至少要多长,两演员才能安全落到车顶上。
【答案】(1)
10m/s,525J
(2)4m
(3)4m
【知识点】利用动量守恒及能量守恒解决(类)碰撞问题
【详解】(1)杂技车与箱子碰撞过程,动量守恒,选向右为正方向,则
代入数据解得
损失的机械能
(2)演员甲从B处滑上杂技车轨道,系统水平方向动量守恒,至A处水平速度相等,设为v2,则
系统机械能守恒
代入数据解得
,
(3)甲抱紧乙过程,甲乙系统水平方向动量守恒,设抱紧后共同速度为v3,则
代入数据解得
甲乙两演员一起开始做平抛运动时,杂技车上A点恰好在正下方,设平抛运动时间为t,则
代入数据解得
杂技车顶长度
杂技车总长度