⑴对P、Q,在没有进入“相互作用区域”前是相对静止的,由机械能守恒得:
┅①
当P进入“相互作用区域”后,P受重力、滑动摩擦力和竖直向上的恒力作用而作减速向下运动,设其刚离开 “相互作用区域”时速度为
,同时Q的速度为
,由动能定理得:
┅②
P进入“相互作用区域”后,和Q组成的系统隐含合外力为零,动量守恒,即有:
┅③
对Q,由动能定理得
┅④
因
,故P出来后,受到向上的摩擦力,Q受向下的摩擦力,设经历时间
两者达到共速
,分别由动量定理得,对P:
┅⑤
对Q:
┅⑥
代入已知解①–⑥得
,
,
,
,
,
,
设环P离开相互作用区域后在杆Q上滑行的距离为
,由于两者都作匀变速直线运动,故可作出两者的
图如图3-2所示,则
为
中的阴影面积值,即
。
则要使P不从Q上滑落, Q的长度至少为
。
⑵当P以
进入“相互作用区
域”后,因作用力变了,运动性质也变了,两者都是变加速运动,对P,由牛顿第二定律得:
,显然,当
时,得最大的
。
设在经时间
后Q的速度为
,对P、Q组成的系统,竖直方向上由动量定理得:
代入解得
。