дано:
- масса шайбы m = 150 г = 0.15 кг (переведем в килограммы)
- начальная скорость шайбы v1 = 20 м/с
- угол удара θ = 30°
- продолжительность удара Δt = 0.01 с
найти:
- среднюю силу удара F.
решение:
1. В случае абсолютно упругого удара сохраняется как импульс, так и энергия. При этом направление скорости шайбы изменяется, но ее модуль остается прежним.
2. Разделим скорость на горизонтальную и вертикальную составляющую. Горизонтальная составляющая не меняется, а вертикальная меняет знак:
- горизонтальная составляющая: v1x = v1 * cos(θ) = 20 * cos(30°) = 20 * (√3/2) ≈ 17.32 м/с.
- вертикальная составляющая перед ударом: v1y = v1 * sin(θ) = 20 * sin(30°) = 20 * 0.5 = 10 м/с.
3. После удара вертикальная составляющая скорости станет отрицательной (так как направлена вниз):
- v2y = -v1y = -10 м/с.
4. Теперь найдем изменение импульса по вертикальной составляющей (горизонтальная составляющая не изменится, она не влияет на силу удара):
Δp = p2y - p1y = m * v2y - m * v1y.
Подставляем значения:
Δp = 0.15 * (-10) - 0.15 * 10 = -1.5 - 1.5 = -3 кг·м/с.
5. Теперь можем найти среднюю силу удара, используя формулу F = Δp / Δt:
F = -3 / 0.01 = -300 Н.
Отрицательное значение указывает на направление силы (в сторону борта).
ответ:
Средняя сила удара шайбы о борт составляет 300 Н.