На шар массой 100 г, висящий на лёгком стержне, налетает пластилиновый шар массой 50 г (рис. 20.4, а). После абсолютно неупругого удара шары поднимаются на высоту h = 40 см (рис. 20.4, б). Чему был равен модуль скорости пластилинового шара перед ударом, если она в этот момент была направлена под углом 30° к горизонту?
от

1 Ответ

дано:  
Масса первого шара (массой 100 г), M = 0.1 кг  
Масса второго шара (пластилинового), m = 0.05 кг  
Высота подъёма после удара, h = 0.4 м  
Угол удара, α = 30°  
Ускорение свободного падения, g = 9.81 м/с²  

найти:  
Скорость пластилинового шара перед ударом, v  

решение:

а) Сначала найдем скорость, с которой шары поднимаются после удара, используя закон сохранения энергии.

Потенциальная энергия на высоте h равна кинетической энергии сразу после удара:

E_initial = E_final  
(1/2) * (M + m) * V^2 = (M + m) * g * h

Сократим массу (M + m):
(1/2) * V^2 = g * h

Выразим V:
V^2 = 2gh  
V = sqrt(2gh)

Подставим значения:
V = sqrt(2 * 9.81 * 0.4)  
V = sqrt(7.848)  
V ≈ 2.8 м/с  

б) Теперь используем закон сохранения импульса для нахождения скорости пластилинового шара перед ударом.

Импульс до удара равен импульсу после удара:
m * v * cos(α) + M * 0 = (M + m) * V

где v - скорость пластилинового шара перед ударом.

Из этого уравнения выразим v:
v * m * cos(30°) = (M + m) * V  
v = ((M + m) * V) / (m * cos(30°))

Теперь подставим значения:
v = ((0.1 + 0.05) * 2.8) / (0.05 * cos(30°))  
v = (0.15 * 2.8) / (0.05 * (sqrt(3)/2))  
v = (0.42) / (0.025 * sqrt(3))  
v = (0.42) / (0.025 * 1.732)  
v = (0.42) / 0.0433  
v ≈ 9.69 м/с  

ответ:  
Модуль скорости пластилинового шара перед ударом v ≈ 9.69 м/с
от