如图所示,一质量为M的均质方形薄板,其边长为L,铅直放置着,它可以自由地绕其一固定边转动。若有一
当小球撞击板时因转轴固定只能作定轴转动。由于外力对转轴的力矩为零由小球和薄板所组成的系统对固定轴的动量矩守恒因此有
mvL=mv1L+Jω (1)
式中v1为小球碰撞后的速度J为薄板的转动惯量。又因碰撞是弹性的故系统的动能不变即
从式(3)和式(4)可看出碰撞后板作匀角速定轴转动对于小球若m>M/3小球按原方向运动;若m<M/3小球碰后返回即沿原来的反方向运动。
根据题意分析,由小球和薄板所组成的研究系统,由于碰撞是弹性的,系统的动能守恒。系统受到外界对薄板转轴的作用力,故系统的动量不守恒,但由于该作用力通过转轴,不产生力矩,因此系统的角动量守恒。从本题结果分析可知,当m取不同值时,小球碰后运动的情况不同。