例2 如图2所示,从倾角为30°、长0.3m的光滑斜面顶端滑下质量为2kg的货包,掉在质量为13kg的静止的小车里.若小车与水平面之间的动摩擦因数μ=0.02,小车能前进多远?(g取10m/s2,不计空气阻力)
图2
答案 0.1m
解析 货包离开斜面时速度为v===m/s.
货包离开斜面后,由于水平方向不受外力,所以,在其落入小车前,其水平分速度vx不变,其大小为vx=vcos30°=1.5m/s.货包落入小车中与小车相碰的瞬间,虽然小车在水平方向受到摩擦力的作用,但与相碰时的内力相比可忽略,故系统在水平方向上动量守恒,以vx的方向为正方向,则mvx=(M+m)v′,
小车获得的速度为v′==m/s=0.2 m/s
由动能定理有μ(M+m)gs2=(M+m)v′2
得小车前进的距离为s2===0.1m.
例2中货包和小车组成的系统不满足动量守恒的条件,但系统在水平方向不受外力的作用,则系统在水平方向动量守恒.
二、多物体、多过程动量守恒定律的应用
多个物体相互作用时,物理过程往往比较复杂,分析此类问题时应注意:
(1)正确进行研究对象的选取:有时对整体应用动量守恒定律,有时对部分物体应用动量守恒定律.研究对象的选取,一是取决于系统是否满足动量守恒的条件,二是根据所研究问题的需要.
(2)正确进行过程的选取和分析:通常对全程进行分段分析,并找出联系各阶段的状态量.根据所研究问题的需要,列式时有时需分过程多次应用动量守恒,有时只需针对初、末状态建立动量守恒的关系式.
例3 如图3所示,光滑水平轨道上放置长木板A(上表面粗糙)和滑块C,滑块B置于A的左端,三者质量分别为mA=2kg、mB=1kg、mC=2kg.开始时C静止,A、B一起以v0=5m/s的速度匀速向右运动,A与C发生碰撞(时间极短)后C向右运动,经过一段时间,A、B再次达到共同速度一起向右运动,且恰好不再与C碰撞.求A与C发生碰撞后瞬间A的速度大小.