Задача по механике №285

Маленький шарик падает сверху на наклонную плоскость и упруго отражается от неё. Угол наклона плоскости к горизонту равен 30∘.  На какое расстояние по горизонтали перемещается шарик между первым и вторым ударами о плоскость? Скорость шарика непосредственно перед первым ударом направлена вертикально вниз и равна 1 м/с.  Какие законы Вы использовали для описания движения? Обоснуйте их применение к данному случаю.

Обоснование

1. Выберем Землю как инерциальную систему отсчета, используемые законы будем записывать в этой СО.

2. Движение тела поступательное, поэтому будем считать его материальной точкой.

3. В условии данной задачи пренебрегаем силой сопротивления воздуха, поэтому тело движется только под действитем силы тяжести с ускорением свободного падения, равным 10 м/ с2  и направленным вертикально вниз. Ось Oy  направлена перпендикулярно наклонной плоскости. Ось Ox  направлена параллельно плоскости вниз.

4. Проекция ускорения на ось Oy  равна − g cosα  , поэтому описывать движение по вертикали будем с помощью законов прямолинейного равноускоренного движения. Проекция ускорения на ось Ox  равна gsinα  , поэтому описывать движение по горизонтали будем с помощью законов прямолинейного равноускоренного движения.

Решение

Введем систему координат. При упругом ударе угол падения равен углу отражения. Угол падения равен углу наклона плоскости (из геометрии), следовательно, равен 30∘ . Из этого следует, что после удара угол между вектором скорости и поверхностью наклонной плоскости равен β = 2α = 60∘ .

PIC

Спроецируем вектор скорости и ускорения на каждую ось:

υ0x = υ0sinα   υ0y = υ0cosα

ax = gsin α  ay = − gcosα

Законы движения шарика имеют вид:

                   2 x = υ0 sinαt + gsin-αt                 2

             gcosαt2 y = υ0cosαt−    2

В момент второго соударения y = 0  , x = l  :

                  2 l = υ0sinαt+ g-sinαt                2

             g-cosαt2      2υ0   2⋅1-м/с 0 = υ0cosαt−    2    ⇒  t = g  = 10 м/с2 = 0,2 c

Из рисунка видно, что L = lcosα

        (                )   √ -(                                  ) L = cosα  υ0sinαt+ gsin-αt2  = --3⋅ 1 м/ с⋅0,5⋅0,2c+ 10 м/-с2 ⋅0,5⋅(0,2-c)2 ≈ 0,17 м                      2        2                          2
Оцените статью
Я решу все!