Задачи › Упругие столкновения

Удар по ромбу из грузов

  1. Удар по ромбу из грузов

    ВсОШ 1996/97, 11 кл.
    7/10

    Шарик массой \(m\) упруго ударяется о конструкцию \(ABCD\) в форме ромба (рис. 32.11) и останавливается. Конструкция состоит из легких шарнирно соединенных штанг и трех грузов массы \(M\) каждый, закрепленных в точках \(A\), \(B\) и \(C\). Шарнир \(D\) укреплен в массивной стене. Скорость шарика направлена вдоль \(BD\). Найдите массу \(M\), считая известными массу \(m\) и угол \(\alpha\).

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(M = m\left(1 + \dfrac{1}{2\sin^2\alpha}\right)^{-1}\).

    Решение

    Обозначим скорость груза, находящегося в точке \(B\), через \(v\). Тогда скорости грузов, находящихся в точках \(A\) и \(C\), равны \(\dfrac{v}{2\sin\alpha}\). Полная кинетическая энергия грузов массы \(M\) равна \[E = \dfrac{Mv^2}{2} + 2\dfrac M2\left(\dfrac{v}{2\sin\alpha}\right)^2 = \dfrac{Mv^2}{2}\left(1 + \dfrac{1}{2\sin^2\alpha}\right).\] Эта энергия совпадает с энергией материальной точки с массой \(M_{\text{эф}} = M\left(1 + \dfrac{1}{2\sin^2\alpha}\right)\), а значит, при кратковременных воздействиях (ударах) конструкция ведет себя как материальная точка с массой \(M_{\text{эф}}\). Для остановки шайбы должно выполняться условие \(m = M_{\text{эф}}\), откуда \[M = m\left(1 + \dfrac{1}{2\sin^2\alpha}\right)^{-1}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи