Профессора дали два разных решения одной и той же проблемы. Какой правильный?

"Мяч м движется горизонтально со скоростью в 0 , столкнувшись с пружиной к закрепленный на блочной массе М такой, как показано на схеме. Блок М не имеет трения с землей. Каково максимальное сжатие пружины?»

Эта задача возникала в этом курсе два раза: первый раз на экзамене в 2014 году, а теперь в рамках нашего домашнего задания в 2020 году. Однако задача решалась по-разному двумя разными преподавателями, и я хочу понять, что было бы правильным способ посмотреть на это, так как результаты разные.

В обоих решениях используется сохранение механической энергии, но первое решение учитывает движение как блока м и М после «наезда» на пружину, написав следующее уравнение сохранения механической энергии:

1 2 м в 0 2 "=" 1 2 ( м + М ) в 2 + 1 2 к ( Δ Икс ) 2

где в - конечная скорость системы м + М в "=" м м + М в 0 по закону сохранения импульса) и Δ Икс максимальное значение сжатия пружины.

Второе решение , однако, отличается, потому что оно не учитывает кинетическую энергию движения системы. м + М после столкновения.

1 2 м в 0 2 "=" 1 2 к ( Δ Икс ) 2

Это, очевидно, дает другой результат для сжатия пружины, и только один из них может быть правильным. Должен ли я учитывать кинетическую энергию после столкновения или нет? Какой взгляд на это неправильный?

введите описание изображения здесь

Второй неправильный, если только М бесконечен, и в этом случае он дает тот же результат, что и первый.
Что касается второго решения, ваш профессор, по-видимому, предположил, что блок М закреплен на земле.

Ответы (1)

Комментарии, сделанные @Ben51 и @David White, оба верны, что второй ответ неверен, если только масса М зафиксирован, что не так, поскольку он находится на поверхности без трения, или что М бесконечно велико (или по крайней мере М >>>>> м ), так что его перемещение после столкновения неизмеримо мало. Но проблема и в этом не говорит.

Таким образом, единственные предположения, которые вам нужно сделать, это (1) пружина идеальна и (2) две массы являются абсолютно жесткими (недеформируемыми) телами. Тогда у вас есть идеально упругое столкновение, в котором у вас есть как сохранение импульса, так и сохранение кинетической энергии в соответствии с первым решением.

Надеюсь это поможет.