EJU 2004 年第 2 回 物理 第 2 题

考点
惯性力与离心力、牛顿运动定律
领域
力学
难度
中等
标准答案
②

解析摘要

标准解析

两侧弹簧共同提供向前的合力

取沿 A→B 为正,小球相对弹簧自然位置的位移记作 xx。向正方向偏移时,左弹簧伸长、右弹簧压缩,两者都向负方向作用,因此总弹簧力为 F=−(k1+k2)xF=-(k_1+k_2)x。

题目所求是小球随车具有相同加速度时的相对平衡位置。地面系中它并非受力平衡,而须有 F=maF=ma。于是 −(k1+k2)x=ma-(k_1+k_2)x=ma,得 x=−ma/(k1+k2)x=-ma/(k_1+k_2)。负号说明位置向 B→A 偏移,位移大小为 ma/(k1+k2)ma/(k_1+k_2)。

在这个位置,左弹簧压缩、右弹簧伸长,两者都把球推拉向 B,从而使它能跟随电车加速。分母是劲度系数之和;两弹簧相同也仍会共同恢复。原文没有给出开启加速度时的振动初态,因此这里求平衡位置,不据此断言球在任何时刻都固定于该点。

从车系看也可得到同一结论:车向前加速,在该非惯性系里给球加入向后的惯性力,大小等于质量乘车加速度。两弹簧的合恢复力与它平衡。这里“平衡”一词的参考系必须说清,否则容易误写成地面系合力为零。两种表述虽然方程形式不同,描述的都是同一个随车平衡点,结果应完全一致。

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