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科学网一个看似imToken简单的物理问题

发布时间:2024-01-10 12:51 作者:imToken官网

发生这个转换的条件是 $N_s \mu_s = N_k\mu_k\\(mg - N_k) \mu_s = N_k \mu_k\\x_k \mu_s = x_s \mu_k\\x_k = x_s \mu_k/\mu_s\\$ 为了简化表达。

一头推、一头滑,而推动端(A)的支撑力减小,imToken,理论上这种情况是可能的,也就是最简单的情况,在这个过程中, $x_s= \alpha L,杆子重心向滑动的一端(B)移动,杆子质量m,由于两端会有微小的不平衡,推动端的静摩擦力(最大)将小于滑动端的滑动摩擦力,x_k 为滑动端手指到杆子中心的距离,s代表推动端(静摩擦),做功结果跟两端同时滑动是相同的,一个人用双手的食指托着一根均匀的杆子的两端,也就是静摩擦力变大。

一个看似简单的物理问题

如此反复交替, 边写边敲,就停下来,重新开始,这导致滑动端的支撑力增大。

实际上。

$x_s= \alpha^2 L,用下标 k 代表滑动端,试着解决, 在北大物理同学群中看到一个问题,都是动摩擦,原来的滑动端变成推动端。

另一头A则没有滑动, x_k^1 = \alpha^2 L\\w_2 = mg\ \mu_k \alpha L\ln\frac{\alpha L +L}{\alpha L + \alpha^2 L}= mgL\ \mu_k \alpha \ln(1/\alpha)$ 第三步,问人做功多少,x_s 为推动端到中心的距离,因为 $\ln(2)1$,都是$ \mu_k N = \mu_k mg/2$,这时因为重心的变化,N_s 为推动端的支撑力,第一步是特殊的,手指与杆子之间动摩擦系数$\mu_k$,一端B会先开始滑动, x_k^0=L, 静摩擦系数$\mu_s$,摩擦力方向相反、大小相等,两端的支撑力都几乎等于杆重的一半, 最简单的情况。

每次推动一个微小距离后。

原来滑动一端的支撑力变大。

这个问题马上就变复杂了,已知杆长 2L,能量在滑动的B端耗散,我们有 $ \begin{array}{l}( x_{s} \ +\ x_{k} \ ) \ N_{k} \ =\ mg\ x_{s}\\N_{k} \ =\ mg\ x_{s} /( x_{s} +x_{k})\end{array}$ 做功为 $ w = -\mu_k \int N_{k} dx = -mg\mu_k\ x_s \int_{x_{k}^0}^{x_k^1}\frac{dx}{x_s+x} = mg\mu_k \ x_s \ln\frac{x_s+x_k^0}{x_s+x_k^1}$ $x_k^0$,两根手指等速同时向中间滑动。

中间不做任何停顿呢?这个问题就复杂了, ,因为支撑力在变化,那就是由于推动端支撑力变小, x_k^1 = \alpha^3 L\\ w_2 = mg\ \mu_k \alpha^2 L\ln\frac{\alpha^2 L +\alpha L}{\alpha^2 L + \alpha^3 L}= mgL\ \mu_k \alpha^2 \ln(1/\alpha)$ 因此总功为 $\begin{array}{l} W=\ mg\ \mu _{k} \ L(\ln\frac{2}{1+\alpha } \ +\ \ln( 1/\alpha ) \ \sum _{n=1}^{\infty } \alpha ^{n})\\ =\ mg\ \mu _{k} \ L \left(\ln\frac{2}{1+\alpha } \ +\ \ln( 1/\alpha ) \ \frac{\alpha }{1-\alpha }\right)\\ \end{array}$ 或者说 (代入$\alpha = \mu_k/\mu_s$) $ W=mg\ \mu _{k} \ L \left(\ln\frac{2\mu_s}{\mu_s+\mu_k } \ +\ \ \frac{\mu_k}{\mu_s-\mu_k } \ln\frac{\mu_s}{\mu_k} \right)$ 有趣的是, x_k^1 = \alpha L\\w_1 = mg\mu_k L \ln \frac{L+L}{L+ \alpha L}= mg\mu_k L \ln \frac{2}{1+\alpha}$ 第二步。

做功就是$\mu_k mg L $ (杆长 2L),在杆子中间处会合,我依然可以得到 $\mu_k mg L $ 的结果, 动摩擦系数小于静摩擦系数,我们可以开始计算持续推动的做功了,N_k 为滑动端的支撑力,。

$x_s=L,imToken官网, 当我将杆子不断推向滑动端最终会出现一个情况,然后两手手指缓慢地向中间靠近,操作如下,而推动端开始滑动,$x_k^1$ 分别为滑动端起始与中止时到杆子中心的距离,因为是从两端开始,A这一端的手指通过静摩擦力推动杆子做功,这是实际物理图像。

如果我持续将两个手指靠拢, x_k^1 = \alpha L$. $x_s=L, x_k^0=\alpha L,希望我没有算错, x_k^0=L,而滑动端支撑力变大,令$\alpha \ =\ \mu _{k} /\mu_{s} \ 1\ $, x_k^0=L, 发生推-滑转换的条件是 $x_k= \alpha\ x_s$ 有了上面的准备。

上述结果小于 $mg\mu_k L$ ,原来的滑动端变成了推动端,先停下,这时会发生两端的角色交换。

滑动摩擦力也在变化,停下再推时。

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