Задачи › Упругие столкновения

Аэрохоккей

  1. Аэрохоккей

    МОШ 2025/26, 11 кл.
    5/10

    Внимание! При вычислениях следует использовать приближённые равенства: \(\sqrt3 \approx 1{,}73\), \(\sqrt2 \approx 1{,}41\).

    Шайбы одинаковой массы и одинакового размера могут скользить по горизонтальной поверхности без трения. Шайбы гладкие, столкновения между ними можно считать абсолютно упругими. В точках касания на рисунках 1 и 2 шайбы разделены микроскопическими воздушными зазорами различной толщины, так что ни одна шайба не сталкивается одновременно с двумя другими. Для определённости считайте, что в обоих случаях зазор между шайбами 2 и 3 немного меньше, чем между шайбами 2 и 4.

    а) (2 балла, по 0,5 балла за каждый ответ) В начальный момент шайбы 2, 3 и 4 расположены так, что их центры образуют вершины равнобедренного прямоугольного треугольника (см. рис. 1). Шайба 1 налетает на шайбу 2 со скоростью \(v = 0{,}8\) м/с. Определите скорости шайб после того, как все столкновения прекратятся. Ответы дайте в см/с, округлите до целого.

    Рисунок

    б) (4 балла, по 1 баллу за каждый ответ) В этом случае центры неподвижных шайб образуют равносторонний треугольник (см. рис. 2). Шайба 1 налетает на шайбу 2 с той же скоростью \(v = 0{,}8\) м/с, что и в первом случае. Определите скорости шайб после завершения всех столкновений.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    При упругом ударе гладких одинаковых шайб касательная к точке контакта составляющая скорости каждой шайбы не меняется, а нормальные составляющие шайбы обмениваются. Разберите столкновения по очереди, в порядке их возможного наступления.

    Ответ

    а) \(u_1 = 0\), \(u_2 = 0\), \(u_3 = \dfrac{v\sqrt2}{2} \approx 56\) см/с или \(u_3 = \dfrac{v}{\sqrt2} \approx 57\) см/с, \(u_4 = \dfrac{v\sqrt2}{2} \approx 56\) см/с или \(u_4 = \dfrac{v}{\sqrt2} \approx 57\) см/с;  б) \(u_1 = \dfrac{v}{8} \approx 10\) см/с, \(u_2 = \dfrac{v\sqrt3}{8} \approx 17\) см/с, \(u_3 = \dfrac{v\sqrt3}{2} \approx 69\) см/с, \(u_4 = \dfrac{v\sqrt3}{4} \approx 35\) см/с.

    Решение

    Скорость \(k\)-й шайбы после всех столкновений обозначаем \(u_k\). При абсолютно упругом столкновении гладких шайб тангенциальные компоненты скоростей шайб не меняются, при этом шайбы обмениваются нормальными компонентами скоростей. Под тангенциальной и нормальной компонентами подразумеваются проекции скорости на направление общей касательной в точке взаимодействия шайб и на направление вдоль перпендикуляра к этой касательной соответственно. Этот факт можно получить на основе законов сохранения импульса и энергии.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи