Задачи › Импульс, закон сохранения импульса

Шайба и три кубика

  1. Шайба и три кубика

    МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
    6/10

    На группу из трёх гладких одинаковых кубиков, лежащих на гладкой горизонтальной поверхности, как показано на рис. 32, налетает со скоростью \(v\) гладкая шайба. Масса каждого кубика равна массе шайбы. Диаметр шайбы и её высота равны ребру кубика.

    Определите скорости всех тел после соударения.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    Шайба останавливается, средний кубик остаётся неподвижным, скорость каждого из двух крайних кубиков равна \(v\sqrt2\) и направлена под углом \(45^\circ\) к скорости \(v\).

    Решение

    Очевидно, в момент удара только крайние кубики соприкасаются с шайбой. Сила, действующая на каждый из этих кубиков, направлена перпендикулярно грани касания шайбы с соответствующим кубиком и проходит через его центр (диаметр шайбы равен ребру кубика!). Поэтому средний кубик в результате этого удара останется неподвижным. Для крайних кубиков и шайбы можно написать закон сохранения импульса по направлению скорости шайбы \(v\): \[mv = 2mu\cdot\sqrt2/2 + mv',\] здесь \(m\) — масса каждого кубика и шайбы, \(v'\) — скорость шайбы после соударения, \(u\) — скорость каждого из крайних кубиков. Закон сохранения энергии даёт уравнение \[v^2 = 2u^2 + v'^2.\] В результате получаем, что \(u = v\sqrt2\), \(v' = 0\). Следовательно, после удара скорости крайних кубиков составляют углы \(45^\circ\) со скоростью \(v\), шайба останавливается, средний кубик так и останется неподвижным.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи