Question

有兩個用特殊材料做成的兩個物體A和B，質量都為m；它們之間存在一種相互作用，這個作用力F與它們間的距離x的關系為F=ρ（x₀-x），其中k、x₀為已知常數，當兩者間距離x＜x₀時，這個作用表現為斥力，當x＞x₀時，這個作用表現為引力，當x=x₀時，作用力為零．現將物體B固定在水平地面上，再將A移到B的正上方，最終A能靜止于B的正上方的某處，試求：（已知重力加速度大小為g） 
（1）當A靜止于B的正上方時，兩者間的距離x₁多大；
（2）當A靜止于B的正上方時，給A施加一個豎直向上的拉力，使A向上做勻加直線運動，加速度大小為a，則經過多長時間，B開始離開地面；
（3）若把A從B的正上方相距x₀處由靜止釋放，則A向下運動的過程中所能達到的最大速度v_m為多少．

Answer 1

（1）當A靜止于B的正上方時，它一定是在重力和B的斥力作用下平衡，則有：
   mg=ρ（x₀-x₁）
解得：x1=x0-

mg

ρ

（2）當B離開地面時，B受到A的引力等于B的重力，
即 mg=ρ（x₂-x₀）
故此時AB間的距離 x2=

mg

ρ

+x0
在A勻加速上升過程中：x2-x1=

1

2

at2
解得 t=2

mg ρa

（3）A釋放后開始向下做變加速直線運動，當AB相距為x₁時速度達到最大，此過程中：mg-ρ(x0-x)=m

△v

△t

=m

△v

△x

?

△x

△t

=mv

△v

△x

變形為：（mg-ρx₀）△x+ρx△x=mv△v
對上式進行積分得：(mg-ρx0)(x1-x0)+

1

2

(

x

21

-

x

20

)=

1

2

m

v

2m

化簡得：A所能達到的最大速度 vm=g

m ρ

答：
（1）當A靜止于B的正上方時，兩者間的距離x1=x0-

mg

ρ

；
（2）當A靜止于B的正上方時，給A施加一個豎直向上的拉力，使A向上做勻加直線運動，加速度大小為a，經過時間 t=2

mg ρa

，B開始離開地面；
（3）若把A從B的正上方相距x₀處由靜止釋放，A向下運動的過程中所能達到的最大速度為 vm=g

m ρ

．