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  • 1 # 使用者1380949131496

    首先補充幾個條件:空氣阻力不計,取g=10m/s,沒說甲乙兩球是否質量相等,那就給出甲乙兩球質量不等時的通解,就設甲球質量為 ,乙球質量為好了。

    首先,自由下落一秒,在1s末這一瞬間甲球相對乙球位移5m,速度為10m/s,乙球速度為0

    輕繩剛好拉直。然後在下一瞬間,因為是“輕繩”,不計質量,在這裡更重要的是輕繩無法被拉長,因此在這之後,兩球的位移必須相等,而在這裡因為不可伸長的輕繩,兩球將會被強制共速。

    這裡有一個關鍵問題:機械能實際上是有損失的(是的,儘管輕繩是理想模型,由下解析可以看到機械能會損失),無法由能量守恆或一般動力學公式算其 ,那麼接下來就要用到動量守恆。可以視作在極短時間內兩球和輕繩系統動量守恆,由於時間極短所以外力——也就是重力可以不計,或者直接取重力參考系也可以。

    於是由系統動量守恆得 ,然後解得

    在的情況下,直接

    在這之後兩球作為整體以的初速度和g的加速度下落。

    題目到上面為止就解完了,但是這裡還是要提幾點。

    輕繩是理想化模型,實際上不可能有不能伸長的輕繩。這也是機械能有損失的原因,實際上兩球的機械能有一部分轉化成了繩子的彈性勢能,但是這裡輕繩又是不可伸長,所以是有那麼一些不舒服的地方的( @二十丶 的回答在這裡更加全面)

    這個模型實際上可以視作甲球撞靜止乙球,兩球碰後粘連的完全非彈性碰撞,這個“碰撞”是透過繩子作用來完成的。完非碰損失的機械能實際上是可以算出來的。

    碰撞可以有很多種形式,不一定是一般生活中概念互相接觸的碰撞。

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