Правка раздела «Решение»
ru/2.5.3.md
+6 −1
| ### Условие: | |||
| $2.5.3.$ На неподвижный шар налетает со скоростью $u$ шар, масса которого в $k$ раз больше массы неподвижного шара. Найдите отношение скорости шаров после центрального упругого удара к скорости $u$. Постройте графики зависимости этих отношений от числа $k$. | |||
| ### Решение: | |||
| Запишем закон сохранения импульса | |||
| $$km\vec{u} = km\vec{v_2} + m\vec{v_1}.$$ | |||
| @@ -10,11 +10,16 @@Решение: | |||
| В проекции на ось $Ox$: | |||
| − | $$kmu = kmu_2 + mv_1 | ||
| + | $$kmu = kmu_2 + mv_1,$$ | ||
| + | или | ||
| + | |||
| + | $$ku = kv_2 + v_1.\quad(1)$$ | ||
| + | |||
| Для упругого удара выполняется закон сохранения кинетической энергии | |||
| $$\frac{kmu^2}{2} = \frac{kmv_2^2}{2} + \frac{mv_1^2}{2},$$ | |||
| + | |||
| или | |||
| $$ku^2 = kv_2^2 + v_1^2. \quad(2)$$ | |||
| Перепишем уравнения $(1)$ и $(2)$ | |||
| $$k(u – v_2) = v_1,$$ | |||
| $$k(u^2 – v_2^2) = v_1^2$$ | |||
| Разделив левые и правые части уравнений соответственно, получим | |||
| $$u + v_2 = v_1.\quad(3)$$ | |||
| Сделаем замену найденной скорости $v_1$ в уравнение $(1)$ | |||
| $$ku = kv_2 + u + v_2,$$ | |||
| откуда | |||
| $$v_2 = \frac{u(k - 1)}{k + 1}.\quad(4)$$ | |||
| Если теперь подставить найденную скорость $v_2$ из $(4)$ в уравнение $(3)$, то | |||
| $$v_1 = \frac{2ku}{k + 1}. \quad(5)$$ | |||
| Найдем отношение скоростей $v_1$ и $v_2$ к $u$ | |||
| $$\frac{v_1}{u} = \frac{2k}{k + 1},$$ | |||
| $$\frac{v_2}{u} = \frac{k - 1}{k + 1}. \quad (*)$$ | |||
| Для построения графика зависимости отношения скоростей от $k$, надо в формулы $(*)$ вместо $k$ подставить значения, например $\frac{1}{2}, 1, 2, 3, \infty$. Тогда графики будут иметь вид, представленный на рисунке. | |||
|  | |||
|  | |||
| ### Ответ: $\frac{v_1}{u} = \frac{2k}{k + 1}$, $\frac{v_2}{u} = \frac{k - 1}{k + 1}$ | |||
| ещё строк без изменений 36 | |||
| ### Условие: | ### Условие: | ||
| $2.5.3.$ На неподвижный шар налетает со скоростью $u$ шар, масса которого в $k$ раз больше массы неподвижного шара. Найдите отношение скорости шаров после центрального упругого удара к скорости $u$. Постройте графики зависимости этих отношений от числа $k$. | $2.5.3.$ На неподвижный шар налетает со скоростью $u$ шар, масса которого в $k$ раз больше массы неподвижного шара. Найдите отношение скорости шаров после центрального упругого удара к скорости $u$. Постройте графики зависимости этих отношений от числа $k$. | ||
| ### Решение: | ### Решение: | ||
| Запишем закон сохранения импульса | Запишем закон сохранения импульса | ||
| $$km\vec{u} = km\vec{v_2} + m\vec{v_1}.$$ | $$km\vec{u} = km\vec{v_2} + m\vec{v_1}.$$ | ||
| @@ -10,11 +10,16 @@Решение: | |||
| В проекции на ось $Ox$: | В проекции на ось $Ox$: | ||
| $$kmu = kmu_2 + mv_1 |
$$kmu = kmu_2 + mv_1,$$ | ||
| или | |||
| $$ku = kv_2 + v_1.\quad(1)$$ | |||
| Для упругого удара выполняется закон сохранения кинетической энергии | Для упругого удара выполняется закон сохранения кинетической энергии | ||
| $$\frac{kmu^2}{2} = \frac{kmv_2^2}{2} + \frac{mv_1^2}{2},$$ | $$\frac{kmu^2}{2} = \frac{kmv_2^2}{2} + \frac{mv_1^2}{2},$$ | ||
| или | или | ||
| $$ku^2 = kv_2^2 + v_1^2. \quad(2)$$ | $$ku^2 = kv_2^2 + v_1^2. \quad(2)$$ | ||
| Перепишем уравнения $(1)$ и $(2)$ | Перепишем уравнения $(1)$ и $(2)$ | ||
| $$k(u – v_2) = v_1,$$ | $$k(u – v_2) = v_1,$$ | ||
| $$k(u^2 – v_2^2) = v_1^2$$ | $$k(u^2 – v_2^2) = v_1^2$$ | ||
| Разделив левые и правые части уравнений соответственно, получим | Разделив левые и правые части уравнений соответственно, получим | ||
| $$u + v_2 = v_1.\quad(3)$$ | $$u + v_2 = v_1.\quad(3)$$ | ||
| Сделаем замену найденной скорости $v_1$ в уравнение $(1)$ | Сделаем замену найденной скорости $v_1$ в уравнение $(1)$ | ||
| $$ku = kv_2 + u + v_2,$$ | $$ku = kv_2 + u + v_2,$$ | ||
| откуда | откуда | ||
| $$v_2 = \frac{u(k - 1)}{k + 1}.\quad(4)$$ | $$v_2 = \frac{u(k - 1)}{k + 1}.\quad(4)$$ | ||
| Если теперь подставить найденную скорость $v_2$ из $(4)$ в уравнение $(3)$, то | Если теперь подставить найденную скорость $v_2$ из $(4)$ в уравнение $(3)$, то | ||
| $$v_1 = \frac{2ku}{k + 1}. \quad(5)$$ | $$v_1 = \frac{2ku}{k + 1}. \quad(5)$$ | ||
| Найдем отношение скоростей $v_1$ и $v_2$ к $u$ | Найдем отношение скоростей $v_1$ и $v_2$ к $u$ | ||
| $$\frac{v_1}{u} = \frac{2k}{k + 1},$$ | $$\frac{v_1}{u} = \frac{2k}{k + 1},$$ | ||
| $$\frac{v_2}{u} = \frac{k - 1}{k + 1}. \quad (*)$$ | $$\frac{v_2}{u} = \frac{k - 1}{k + 1}. \quad (*)$$ | ||
| Для построения графика зависимости отношения скоростей от $k$, надо в формулы $(*)$ вместо $k$ подставить значения, например $\frac{1}{2}, 1, 2, 3, \infty$. Тогда графики будут иметь вид, представленный на рисунке. | Для построения графика зависимости отношения скоростей от $k$, надо в формулы $(*)$ вместо $k$ подставить значения, например $\frac{1}{2}, 1, 2, 3, \infty$. Тогда графики будут иметь вид, представленный на рисунке. | ||
|  |  | ||
|  |  | ||
| ### Ответ: $\frac{v_1}{u} = \frac{2k}{k + 1}$, $\frac{v_2}{u} = \frac{k - 1}{k + 1}$ | ### Ответ: $\frac{v_1}{u} = \frac{2k}{k + 1}$, $\frac{v_2}{u} = \frac{k - 1}{k + 1}$ | ||
| ещё строк без изменений 36 | |||