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题目:装甲车和战舰采用多层钢板比采用同样质量的单层钢板更能抵御穿甲弹的射击,通过对以下简化模型的计算可以粗略说明其原因。质量为2m、厚度为2d的钢板静止在水平光滑桌面上,质量为m的子弹以某一速度垂直射向该钢板,刚好能将钢板射穿。现把钢板分成厚度均为d、质量均为m的相同两块,间隔一段距离水平放置,如图所示。若子弹以相同的速度垂直射向第一块钢板,穿出后再射向第二块钢板,求子弹射入第二块钢板的深度。设子弹在钢板中受到的阻力为恒力,且两块钢板不会发生碰撞,不计重力影响。
解:设子弹初速度为v0,子弹在钢板中受到的阻力大小为F,令a= 。
子弹射入厚度为2d的钢板的过程中,相对钢板做了一个初速度为v0、末速度为0、加速度为3a、位移为2d的运动。
有v02=2×3a×2d①
钢板分为两块后,设子弹穿过第一块钢板时两者的速度分别为v1和v1′,则子弹在穿过第一块钢板过程中,相对钢板做了一个初速度为v0、末速度为(v1-v1′)、加速度为4a、时间为t、位移为d的运动。
有v02-(v1-v1′)2=2×4a×d②
(v1-v1′)=v0-4at 得t=③
①式代入②式得 = ,推出(v1-v1′)=v0④
④式代入③式得t= v0 ⑤
研究子弹穿过第一块厚度为d的钢板的对地运动,
有v1=v0-2at ⑥
⑤式代入⑥得v1= v0 ⑦
子弹射入第二块厚度为d的钢板过程中,相对钢板做了一个初速度为v1、末速度为0、加速度为4a、位移为x的运动,
有v12=2×4a×x ⑧
⑦式与①式代入⑧式得x= (1+)d。
即子弹射入第二块钢板的深度为 (1+)d。
解:设子弹初速度为v0,子弹在钢板中受到的阻力大小为F,令a= 。
子弹射入厚度为2d的钢板的过程中,相对钢板做了一个初速度为v0、末速度为0、加速度为3a、位移为2d的运动。
有v02=2×3a×2d①
钢板分为两块后,设子弹穿过第一块钢板时两者的速度分别为v1和v1′,则子弹在穿过第一块钢板过程中,相对钢板做了一个初速度为v0、末速度为(v1-v1′)、加速度为4a、时间为t、位移为d的运动。
有v02-(v1-v1′)2=2×4a×d②
(v1-v1′)=v0-4at 得t=③
①式代入②式得 = ,推出(v1-v1′)=v0④
④式代入③式得t= v0 ⑤
研究子弹穿过第一块厚度为d的钢板的对地运动,
有v1=v0-2at ⑥
⑤式代入⑥得v1= v0 ⑦
子弹射入第二块厚度为d的钢板过程中,相对钢板做了一个初速度为v1、末速度为0、加速度为4a、位移为x的运动,
有v12=2×4a×x ⑧
⑦式与①式代入⑧式得x= (1+)d。
即子弹射入第二块钢板的深度为 (1+)d。