С высоты 20 м свободно падает стальной шарик. Через 1 с после начала падения он сталкивается с неподвижной плитой, плоскость которой наклонена под углом 30° к горизонту. На какую высоту над поверхностью земли поднимется шарик после удара? Удар шарика считать абсолютно упругим.
от

1 Ответ

Дано:
- высота h = 20 м
- время t = 1 с
- угол наклона плоскости α = 30°
- ускорение свободного падения g = 9.81 м/с²

Найти:
- максимальную высоту, на которую поднимется шарик после удара.

Решение:

1. Найдем скорость шарика в момент столкновения с плитой. Для этого используем формулу для свободного падения:

v = g * t

Подставим значения:

v = 9.81 * 1 = 9.81 м/с

2. Это вертикальная составляющая скорости. Теперь найдем вертикальную и горизонтальную составляющие скорости после удара. Учитывая угол наклона плоскости, можно воспользоваться следующими формулами:

- вертикальная составляющая скорости после удара:

v_y' = v * sin(α) = 9.81 * sin(30°) = 9.81 * 0.5 = 4.905 м/с

- горизонтальная составляющая скорости после удара:

v_x' = v * cos(α) = 9.81 * cos(30°) = 9.81 * (√3/2) ≈ 8.49 м/с

3. Так как удар считается абсолютно упругим, скорость шарика изменяется только по направлению, но сохраняет величину. В результате после удара вертикальная составляющая скорости направляется вверх:

v_y' = 4.905 м/с (вверх)

4. Теперь найдем максимальную высоту, на которую поднимется шарик после удара. Мы можем использовать уравнение движения для вертикального подъема:

h' = (v_y'^2) / (2g)

Подставим известные значения:

h' = (4.905^2) / (2 * 9.81) = 24.10 / 19.62 ≈ 1.23 м

5. Общая высота над поверхностью земли, на которую поднимется шарик, будет суммой высоты плитки и высоты, на которую он поднимется после удара:

H = h + h' = 20 + 1.23 = 21.23 м

Ответ:
Шарик поднимется на высоту примерно 21.23 м над поверхностью земли после удара.
от