Мяч, фиксированная изогнутая дорожка и нефиксированная изогнутая дорожка

Это иллюстрация к случаю 1.

Интересно, правильно ли я подхожу к этому вопросу и решаю его?

Вопрос:

Дело 1

Как показано, трек массы М закрепляется на горизонтальном столе. А Б горизонтально, пока С Д является вертикальным. Шар массы м расположенному в точке А, придана начальная скорость в в направлении А Б . Затем мяч движется вверх по склону и проходит через CD, достигая высоты ЧАС над горизонтальной поверхностью дорожки. (Предположим, что между дорожкой и мячом нет силы трения.)

Случай 2

На этот раз та же дорожка не закреплена на столе. Как и в случае 1, тому же мячу придана начальная скорость в в направлении АВ. Мяч покидает дорожку и достигает высоты час над горизонтальной поверхностью дорожки. (Предположим, что между дорожкой и столом, а также между шариком и дорожкой отсутствует сила трения.)

Найдите выражение для час ЧАС .

Мое решение:

  1. Когда дорожка зафиксирована, по закону сохранения энергии кинетическая энергия мяча = потенциальная энергия мяча.

    1 2 м в 2 "=" м г ЧАС ЧАС "=" в 2 2 г

  2. Когда дорожка не закреплена, шарик и дорожка будут двигаться как единое тело со скоростью, в 1 Направо. По закону сохранения импульса

    м в "=" ( м + М ) в 1 в 1 "=" м ( м + М ) в

По закону сохранения энергии кинетическая энергия мяча = кинетическая энергия мяча и дорожки + потенциальная энергия мяча.

1 2 м в 2 "=" 1 2 ( м + М ) ( м ( м + М ) в ) 2 + м г час

в 2 "=" м м + М в 2 + 2 г час

час "=" М в 2 2 г ( м + М )

Так,

час ЧАС "=" М м + М

Мои вопросы:

  1. Можно ли предположить, что мяч и дорожка испытают неупругое столкновение в Случае 2?
  2. Есть ли другие способы решить этот вопрос, с объяснением?
  3. Повлияет ли радиус кривизны/тип кривизны изогнутой части трассы на результат?
Пожалуйста, не используйте MathJax для простого текста

Ответы (1)

  1. Нет. Можно с уверенностью предположить, что «столкновение» является упругим , т. е. что механическая энергия сохраняется. (Я думаю, что это, вероятно, то, что вы имели в виду, но вы сделали опечатку.) В отличие от вопроса о скорости объекта после выхода из пандуса , здесь сила, действующая на мяч, всегда нормальна к поверхности дорожки, которая непрерывна, и перпендикулярно скорости мяча. Мяч и гусеница начинают контактировать и остаются в контакте, поэтому между ними действительно нет «удара», который мог бы рассеивать кинетическую энергию.

  2. Педантично: Да, но это слишком широкий вопрос. Вы можете, например, проанализировать силы между мячом и гусеницей, но это было бы излишне сложно. Возможно, вы спрашиваете, есть ли более простые или не менее простые методы? Нет, я так не думаю.

  3. При условии, что дорожка ровная и мяч ни в какой точке не покидает дорожку, форма дорожки не повлияет на результат. Если на трассе или на склоне есть разрыв, это приведет к неупругому столкновению и потере некоторого КЕ. См. № 1.

Спасибо. У меня есть несколько вопросов о вашем объяснении, чтобы убедиться, что я полностью их понимаю. Вы сказали: «Мяч и гусеница начинают соприкасаться и остаются в соприкосновении, так что на самом деле между ними нет «удара», который мог бы рассеять кинетическую энергию». и «Можно с уверенностью предположить, что «столкновение» упругое».
1. Означает ли это, что сразу после того, как мячу была придана начальная скорость, дорожка и мяч начали двигаться вместе? (Когда я задавал этот вопрос, я представлял себе, что мяч и дорожка начинают двигаться вместе только тогда, когда мяч достигает конца горизонтальной дорожки и как бы толкает дорожку, чтобы двигаться вправо.)
2. После этого происходит «упругое столкновение», когда мяч покидает дорожку? (впервые после прохождения точки D)
1. Мяч остается в контакте с дорожкой, потому что катится или скользит по ней. Дорожка движется только тогда, когда мяч начинает двигаться вверх в точке B. 2. Нет «столкновения» — нет «удара» — в обычном смысле. Точно так же, как есть сила, действующая на шар, катящийся внутри полусферической чаши, и непрерывное изменение направления, но не столкновение.
«Может быть, вы спрашиваете, есть ли более простые или столь же простые методы? Нет, я так не думаю». Конечно есть. Предполагая отсутствие трения, вы можете использовать закон сохранения импульса.
@PeterShor Сохранение линейного импульса уже используется ОП в «Моем решении, часть 2».