Два одинаковых шарика висят, соприкасаясь, на нитях длиной 1 м. Один из них отводят на угол 90° и отпускают. Найдите высоту, на которую поднимутся шары после абсолютно неупругого удара
от

1 Ответ

Дано:
- масса каждого шарика m = 1 кг
- длина нити L = 1 м
- угол отклонения первого шарика θ = 90°
- ускорение свободного падения g = 9,8 м/с²

Найти:
- высоту, на которую поднимутся шарики после абсолютно неупругого удара.

Решение:

1. Найдем скорость первого шарика перед ударом. Для этого применим закон сохранения механической энергии. Шарик отводят на угол 90°, то есть он поднимался на высоту, равную длине нити L.

Начальная потенциальная энергия первого шарика:

E_нач = m * g * L

Когда шарик опускается на землю, вся потенциальная энергия переходит в кинетическую:

E_кон = (1/2) * m * v^2

По закону сохранения энергии:

m * g * L = (1/2) * m * v^2

Сокращаем на m:

g * L = (1/2) * v^2

Подставляем значения g = 9,8 м/с² и L = 1 м:

9,8 * 1 = (1/2) * v^2

v^2 = 9,8 * 2 = 19,6

v = √19,6 ≈ 4,43 м/с

Таким образом, скорость первого шарика перед ударом v ≈ 4,43 м/с.

2. Применяем закон сохранения импульса для абсолютно неупругого удара. После удара оба шарика будут двигаться с одинаковой скоростью.

Суммарный импульс системы до удара равен суммарному импульсу после удара:

m * v + m * 0 = (m + m) * v_после

Преобразуем:

m * v = 2 * m * v_после

Сокращаем на m:

v = 2 * v_после

v_после = v / 2 = 4,43 / 2 ≈ 2,215 м/с

3. Теперь найдем высоту, на которую поднимутся оба шарика после удара. Для этого используем закон сохранения механической энергии. После удара шарики будут двигаться вверх, и вся кинетическая энергия превратится в потенциальную.

Кинетическая энергия после удара:

E_кон = (1/2) * 2 * v_после^2

Потенциальная энергия на высоте h:

E_пот = 2 * g * h

По закону сохранения энергии:

(1/2) * 2 * v_после^2 = 2 * g * h

Сокращаем на 2:

(1/2) * v_после^2 = g * h

Подставляем значения v_после ≈ 2,215 м/с и g = 9,8 м/с²:

(1/2) * (2,215)^2 = 9,8 * h

1/2 * 4,9 = 9,8 * h

2,45 = 9,8 * h

h = 2,45 / 9,8 ≈ 0,25 м

Ответ: высота, на которую поднимутся оба шарика после абсолютно неупругого удара, составляет 0,25 м.
от