Шарик массой m = 135 г, движущийся горизонтально, ударяется о наклонную поверхность призмы массой M = 1,66 кг так, что отскакивает вертикально вверх на высоту h = 1,37 м. Считая удар абсолютно упругим, определить угол в основании призмы, при котором возможно такое движение. Трением призмы о площадь пренебречь.
от

1 Ответ

Дано:  
Масса шарика m = 0.135 кг  
Масса призмы M = 1.66 кг  
Высота подъема h = 1.37 м  

Найти:  
Угол в основании призмы  

Решение:  
1. Поскольку удар абсолютно упругий, можно использовать законы сохранения энергии.  
2. Изначальная кинетическая энергия шарика превращается в его потенциальную энергию при вертикальном движении.  
3. Начальная кинетическая энергия:  
Kнач = 1/2 * m * v^2, где v - скорость шарика до удара  
4. Конечная потенциальная энергия:  
Pкон = mgh, где g - ускорение свободного падения  
5. С учетом закона сохранения энергии:  
Kнач = Pкон  
1/2 * m * v^2 = mgh  
v = sqrt(2gh)  
6. Закон сохранения импульса:  
m1 v1 = m2 v2, где m1 и v1 - масса и скорость шарика перед ударом, m2 и v2 - масса и скорость шарика после удара  
7. Траектория полета шарика после удара вертикальна, поэтому движение по горизонтали нам не важно.  
8. Рассмотрим треугольник, образованный радиус-вектором шарика, нормалью к поверхности призмы и отклонением луча на угол в основании.  
9. Выразим скорость шарика после удара через высоту подъема и угол в основании:  
v = sqrt(2gh) = sqrt(2gh / sin^2(alpha))  
10. Теперь рассмотрим угол в основании призмы:  
sin(alpha) = sqrt(2gh / v^2)  
11. Подставляем известные данные и решаем уравнение:  
sin(alpha) = sqrt(2 * 9.81 * 1.37 / (2 * 9.81 * 1.37)) = 1  
12. Получаем:  
alpha = 90 градусов  

Ответ:  
Угол в основании призмы, при котором возможно такое движение, составляет 90 градусов.
от