中国海洋大学理论力学分类02变质量问题

变质量物体的运动物理实质:动量定理的应用公式推导:t时刻:主体量m以它运动;微小质量△加以E运动。t+z\t吋刻:m与△加合并,并以▽+运动,Ilm与△加所受的作用力为尸。应用动量定理:(m+Z\m)(0+HmSz\miJ=FAtmv+mAv+Amv+AmAv-mv-Amu=FAt先消掉项并忽略二次小量项△【“△V,有mAv+Amv-Amu=FAt两边都除以At并对At极限值:vmAvvAm_vAm_-lim+limv-limu=F△【TOdMTOAt&TOdRnmdv一dm一dm齐艮卩:+vu=Fdtdtdt左边第一项和第二项可以写为也巴,所以有^l-u—=Fdtdtdt左边第二项和第三项可以写为:-(u-v)—=-vr—dtdt所以有5竺7如"dtdt①适用于已知质量元的绝对速度ii的情况。②适用于已知相对本体质量速度耳的情况。关键:①公式是矢量公式,应投影使用并注意正负。②正确表达本体质量和质量元。③分析受力和速度关系。难点:复杂变量表达式的积分(常需要配成全微分的形式)技巧:不要急于将对于t的微分计算岀来例1(P25):一个火箭以匀加速a沿水平方向飞行。已知火箭的初始质量为M。,燃气喷射速度相对于火箭为J,是一个常数,不计空气阻力。求火箭质量的变化规律。解:选前进方向为正方向,水平方向不受力。a---本文来源于网络,仅供参考,勿照抄,如有侵权请联系删除---基本公式:如2"也=Fdtdtdv一dm-mvr——=Fdtrdtdmma+vr—rdtdm_madtvr=0—tVr:.tn=M(}e*同样条件下作竖直飞行,则:dmdmz、ma+vr——=-mg=>vr——=-(m+a)gdtdt---本文来源于网络,仅供参考,勿照抄,如有侵权请联系删除---dm---本文来源于网络,仅供参考,勿照抄,如有侵权请联系删除---有:(1)将N个炮弹以相对于车的速度儿一次性发射出去后,炮车获得的反冲速度是多少?(2)若逐一发射这W个炮弹,IL每个都以相对于车的速度匕•发射,炮车又将获得怎样的反冲速度,请写出发射完任意数目兀a<n<N}个后反冲(3)速度的普遍表达式。比较两种情况下,炮车最终获得的反冲速度大小。(1)由题意知,水平方向动量守恒,所以有:Mu车+N”叩炮=0,又考虑到速Nm度关系%=喺+乙,可得:%=_册+Nm片。n个炮弹时,根据水平方向动量守恒知:当发射岀去[M+(N-〃)加%N—”+处炮=[M+(N—/2+1)〃2%NF+I,又存在速度关N1v=-mv,V[M+(N+rri=N-n+\M+UTl即所求一般表达式。dtd(mv)dtdmdv=—v+m—dtdt=m()v需给货车加大小为"W的外力。例4(05研):例:炮车携带着N个炮弹停在水平直线铁轨上。已知炮车自身质量为M,每个炮弹的质量为加,炮车只能沿铁轨方向发射炮弹(水平发射),且可以不计轨道摩擦阻力。请考虑:•••m-M(}er由以上结果可以看出竖直飞行比水平飞行质量减少的质量更快。克服重力做功耗能。例2(P13&雨点问题)解:水气凝结前速度为0,即u=0;t时刻的质量:m=M+Xt・・・C[(M+〃»]=(M+〃)g;dt积分+=+丄2尸)g+c;由t二0时v=0=>c=02例3:沙子从固定漏斗中垂直落入水平运动的货车的车厢里,已知每秒落入车厢的沙子的质量为定值m0,请问需要给货车加多大的外力,才能使它速度v的匀速运动?解:将车厢看成木体F,落入的沙子看成质量元,则由题意知:质量元有—=/770,且水平无初速U=0dt木体速度不变—=0dt在水平方向使用变质量物体运动基本方程如◎-u—=Fdtdt---本文来源于网络,仅供参考,勿照抄,如有侵权请联系删除---•••v=ds~dtMg__/2A2AM+加M2、.Aln(lHM)dt(补公式除法)(M/+£〃2)gM+At-t)]22M+At积分:!>=](如+1rl2Mr2^22M2s/(3)全部发射出去,即n=N,将其代入一般表达式得一N项之和,由于每一项的分母都<M+Nm,所以第二种情况下炮车的反冲大。负号表示和炮弹前进方向相反。例5:一货车连同所运的货物的初始质量为,在雨中沿光滑的轨道按惯行驶,初速为v°,已知单位时间竖肓落入车中的雨水质量为常数a。(1)货车速度随时间的变化规律。(2)若同时单位时间内由车底排水质量为常数B,货车速度的变化规律又将怎样?解:设任意时刻t货车的速度为v,则流入的和流出的水的和对于车的速度分别为V入二;v出=0,所以(1)水平方向应用m—=F+vr—;dtdt有:(MQ+at)—=-vadt得:v=VoMoM^+at(2)在水平方向应用山牛"普有拠+(_刚知卄积分得:例6(07研):已知一个火箭发射前总质量为M...

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