【题】有两个小冰块,将其中一个掷向空中,而另一个沿着冰面滑行。最终,距离出发点最远的是哪个小冰块(见图29)?
【解】有些人会认为,在空中飞行的物体要比在冰面滑行的物体滑得更远一些,因为空气的阻力要比冰面的摩擦力小。但是事实却是相反的。因为他们根本就没有考虑到重力的影响,被掷出去的物体在重力的作用下总是趋向地面的,所以该物体不可能被掷得很远。虽然对于人用手将物体掷出去时所施加给物体的速度来说,空气阻力是极其微小的,但是我们为了方便运算,就假设空气的阻力为零。
向真空中扔掷一个物体,物体与水平面形成45°角时,在空中飞行的距离最远。力学教程中已经对这一点做出结论,可以用下面的公式表示物体飞行的距离:
L=v2/g
其中初速度用v表示,重力加速度用g表示。
如果一个物体沿着另一个物体的表面滑行(上述情况是冰块沿着冰面滑行),由于受到阻力的影响,所以该物体的动能会在克服阻力的过程中慢慢地消耗,这里设物体质量为m,物体重力则为mg,阻力为f,动摩擦因素为μ,冰面滑行距离为L′。由于物体的动能等于其克服的摩擦力,即mv2/2=fL′,而f=μmg,所以摩擦力在L′所做的功就等于μmgL′,由此可得出
mv2/2=μmgL′
所以小冰块滑行的距离为
L′=v2/2μg
冰块与冰面的动摩擦因数等于0.02,所以
L′=25v2/g
同时,在空中的飞行距离等于v2/g。所以,冰块被掷到冰面上所滑行的距离是在空中飞行距离的25倍。
如果小冰块被掷向空中,飞行一段时间落地后能够继续运动,那么这时空中的冰块飞行的距离和冰面上的冰块的滑行距离之间差别就会缩小很多。即使这样,后者的距离还是要远一些。