两个物块叠放在一起受力相等吗(分离问题一)
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在考察物理运动分析逻辑思维的一类题目中,经常会出现分离问题。此类题目对解题者的思维能力有较高的要求,从今天开始我们就来试着探讨一下此类题目如何去解。首先看水平方向的两个物块分离问题
如上图所示,一开始,物块A和物块B共同压缩弹簧,使弹簧处于某一位置静止,如果地面是光滑的,则在释放弹簧的时候,问两个物块什么位置分离?
解析:我们利用前面所说的整体法和隔离法。当弹簧的压缩量越来越小的时候,AB整体的所受到的合外力越来越小,加速度也越来越小,按照隔离法来看,物块A的加速度也越来越小,所以AB之间的弹力也越来越小,但速度越来越大。同理当弹簧的压缩量为零时,则AB整体所受到的合外力为零,此时加速度为零,AB之间的弹力为零。此后,在惯性的作用下,AB还是会往左运动,但左侧物块就会做匀速直线运动,右侧物块就会做加速度越来越大的减速运动,二者速度不同。所以两个物块分离的位置,也就是弹簧在恢复原厂,其弹力为零的时候,同时,两个物块之间的弹力也为零。
接下来,我们将上述问题复杂化。如果两个物块与地面之间有摩擦,并且摩擦系数不同,那么,二者在什么位置分离呢?其实,根据上面的分析,我们可以知道分离的时候,二者之间弹力为零,二者速度相等,同时,二者加速度也相等。为什么我们要说加速度呢?是因为根据牛顿第二运动定律,只要是涉及力的问题,其实也是相当于涉及加速度问题。第二个原因,分离问题中,物体一般在做变加速,运动速度不易求解,当然,特殊情况下,我们可以用能量守恒定律来求解这个速度。具体到本题来看,如果设左侧物块与地面的摩擦系数为μ1,右侧物块的质量为m2与地面的摩擦系数为μ2,则按照二者弹力为零,加速度相等,我们可以得到左侧物块的加速度a1=μ1g,右侧物块的加速度f弹/m2 μ2g,再由胡克定律知f弹=k△x。所以△x=m2(μ1-μ2)g/k。所以μ1等于μ2的时候,二者在弹簧原长位置分离。这与地面光滑时的结论是一致的。如果μ1大于μ2的时候,二者在弹簧位置的右侧分离。如果μ1小于μ2的时候,二者在弹簧原长位置的左侧分离。这个位置的判定大家也可以利用分离条件加极限法快速判定。
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