為什麼用運動學方法求解會產生錯解?

時間 2021-05-12 05:22:56

1樓:Reimu Hakurei

先問是不是,再問為甚麼。這段求解的問題在於參考係混亂,而且題主似乎也沒有意識到非慣性係要引入慣性力。

以下給出正確的解法。當然我比較懶,很多東西就不解釋了,自行意會(

我們認為冰面為慣性系。

以冰面為參考係,設斜面體某一點(至於是哪乙個點沒關係,反正是剛體平動)徑矢為 。

考慮冰塊受力。

冰塊受正向力 與重力 。

再考慮斜面體受力。

斜面體受正向力 (冰塊)、(冰面)與重力 ,而且 。

明確一下方向。設斜面傾角為 。

一眼就能看出其解。

(看到負號不要感到奇怪,因為 並不是 的模)

(這後兩個力沒甚麼用)

於是以斜面體為參考係建立冰塊的運動方程。

以斜面體為參考係,設冰塊徑矢為 。

引入慣性力 。因為是平動就不需要考慮角速度相關的項,座標基也可以一致。

稍微複雜了點,不過相信諸位也能一眼看出結果。

現在便確定了加速度。

考慮到斜面體始終在水平方向運動,如果只是為了確定冰塊的高度,求出冰塊相對於斜面體的運動其實也就夠了。斜面體以及冰塊相對於冰面的運動,就作為習題留給讀者。

這裡簡化一下問題,初始時刻就讓冰塊處在斜面上。

令 ,得 。

令 ,得 。

求一下高度的極值罷。

解 ,得 。

,因此這是極大值。當然,這裡也是最大值。

2樓:

分析滑塊的加速度錯掉了,斜面相對於大地是變速運動的,不能當做慣性參考係,在斜面為參考的座標系下列牛頓力學方程,需要引入慣性力,否則就是錯的。

3樓:

冰塊直接滑向斜面體,其實是有個碰撞的過程,前面也有答主提到過。這裡僅僅是為了解釋樓主的疑惑,所以把問題稍微變一下,即初始時刻冰塊就在斜面體上,如下圖。

先用老方法,動量守恆,能量守恆,設為最終速度 。

解得下面用運動學的方法。

以斜面為研究物件,設 為斜面體位移,建立方程。

以冰塊為研究物件,參考係為斜面體,即冰塊相對斜面體的位移為 。如此便要加入一項慣性力 。在兩個方向上建立方程。

消去 ,可得

初始條件為

解得令 ,可解出冰塊滑到最高處所用時間,

據此可計算

結果當然是一致的。

4樓:080617

我來簡要說明「為何用運動定律會出錯」。原因是,第一步運用牛頓第二定律算加速度時就出錯了。

冰塊在斜面上運動的受力分析

對冰塊,沿斜面方向加速度=gsinθ是在地面參考係中得出,不能理解成相對斜面滑行的加速度。斜面不是慣性系,不具備使用牛二的前提,斜面參考係下不能列出 。

對斜面,N1未知,無法直接算出加速度。你的解法認為是出現了誤解。誤解源於質點在某個方向上沒有運動,則此方向受力平衡」的錯誤觀念[注]。

其本質上也是參考係的問題。認為冰塊在垂直斜面方向沒有運動,就無形中選了斜面為參考係,如前文所述,不能列出 。

注:若引入慣性力則正確。例如光滑水平面內細繩拉著小球做圓周運動,可以認為沿半徑方向拉力與「慣性離心力」平衡。高中不考慮慣性力,所以會出錯。

5樓:宓思恩

首先,請把用動量守恆和能量守恆求解過程貼出來。因為第乙個結論裡的量綱(單位)就不對,質量乘以速度是動量的量綱,不是高度的,檢查一下哪兒錯了。

提醒一下的是,滑塊水平運動與斜面接觸(1),到滑塊完全沿斜面上公升運動(2)這個過程中,不能按完全彈性碰撞考慮,能量應該是不守恆的。不能用(1)中的動量守恆和(2)中的能量守恆考慮這個問題,這兩個不是同一時刻。

運動求解中,根據滑塊沿斜面的速度為零直接可以求出時間,不必求斜面速度

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