На гладком горизонтальном столе покоится шар. С ним сталкивается другой такой же шар. Удар абсолютно упругий и нецентральный. Под каким углом разлетятся шары?
от

1 Ответ

Дано:
- Массa шара m (оба шара имеют одинаковую массу)
- Скорость первого шара v1 (вводим значение в метрах в секунду)
- Скорость второго шара v2 = 0 (второй шар покоится)
- Угол столкновения θ (угол между направлением скорости первого шара и нормалью к линии столкновения)

Найти:

- Углы разлета шаров α и β после столкновения

Решение:

1. По закону сохранения импульса в двух направлениях (по оси x и по оси y):

   Для оси x:
   m * v1 = m * v1' * cos(α) + m * v2' * cos(β)

   Для оси y:
   0 = m * v1' * sin(α) - m * v2' * sin(β)

   Здесь v1' и v2' – скорости шаров после столкновения.

2. Учитывая, что массы одинаковые, можно сократить на m:

   v1 = v1' * cos(α) + v2' * cos(β) (1)

   0 = v1' * sin(α) - v2' * sin(β) (2)

3. Поскольку это абсолютно упругий удар, также выполняется закон сохранения энергии:

   (1/2) * m * v1^2 = (1/2) * m * (v1'^2 + v2'^2)

   Сокращаем на (1/2) * m:

   v1^2 = v1'^2 + v2'^2 (3)

4. Из уравнения (2) выразим v2':

   v2' = v1' * sin(α) / sin(β)

5. Подставим v2' из (2) в (3):

   v1^2 = v1'^2 + (v1' * sin(α) / sin(β))^2

   Раскроем скобки:

   v1^2 = v1'^2 + (v1'^2 * sin^2(α)) / sin^2(β)

   Объединим v1'^2:

   v1^2 = v1'^2 (1 + sin^2(α) / sin^2(β))

6. Разделим обе стороны на v1'^2:

   v1^2 / v1'^2 = 1 + sin^2(α) / sin^2(β)

   Исходя из этого, найдем соотношение:

   sin^2(α) / sin^2(β) = (v1^2 / v1'^2) - 1

7. Чтобы найти углы α и β, используем тригонометрические соотношения. Зная, что сумма углов при упругом столкновении равна 90 градусам:

   α + β = 90°

   Из этого следует, что β = 90° - α.

8. Подставляем β в уравнение:

   sin^2(α) + sin^2(90° - α) = (v1^2 / v1'^2)

    sin^2(α) + cos^2(α) = (v1^2 / v1'^2)

9. Следовательно, получаем:

   1 = (v1^2 / v1'^2)

   Отсюда v1' = v1.

10. Теперь можем найти углы α и β.

Если выбрать угол α равным 45°, то β также будет равен 45°:

α = 45°, β = 45°.

Ответ:
Углы разлета шаров α и β равны 45° после абсолютно упругого нецентрального столкновения.
от