Elastic collision

Обычно в школьной физике все легко и я всегда все понимал, теперь же я пропустил урок по уважительной причине и после начал сам изучать тему и затем решил 5 задач и на 6 задачи вот что вышло:

Моё решение : так как это Elastic collision, здесь идет соударение двух шариков, после которого они отталкиваются. Формула будет

m_1 v_1 - m_2v_2 = - (m_1 v_1^\prime - m_2 v_2^\prime)

Затем мы подставляем

\begin{gathered} 10 \cdot 2 - 2 \cdot 4 = 2 \cdot v_2^\prime - 10v_1^\prime \\ 6 = v_2^\prime - 5v_1^\prime \, \text{(мое первое уравнение)} \end{gathered}

Затем я взял скорости их в квадрат.

\begin{gathered} m_1v_1^2 - m_2v_2 = -( m_1v_1^\prime - m_2v_2^{\prime 2} ) \\ 10 \cdot 2^2 - 2 \cdot 4^2 = 2 \cdot v_2^{\prime 2 } - 10v_1^{\prime 2} \\ 4 = v_2^{\prime 2} - 5v_1^{\prime 2} \, \text{(второе уравнение)} \end{gathered}

Вот до сюда я дошел.

  1. Правильно ли я все сделал до этого места?
  2. Дальше как решить уравнение?

В интернете нашел какой другой метод решение этой задачи и там говорится что скорость v_1^\prime = \pu{0 m/s}, \; v_2^\prime = \pu{6 m/s}, но если их под мое уравнение подставить они не верны. И вот если ответ в интернете правилен, где я сделал ошибку?

2 лайка

Ну для начала стоит вспомнить, какие законы сохранения применимы в этой задаче. Elastic collision – упругое столкновение, в котором сохраняется импульс (как и почти во всех задачах на столкновения) и энергия.

Первое уравнение, закон сохранения импульса, ты записал правильно (надеюсь ты понимаешь почему именно такие знаки, потому что это часть в которой нередко возникают затруднения)

Со вторым уравнением возникли проблемы. Ты не можешь взять и просто возвести скорости в квадрат в законе сохранения импульса. Так можно делать только если v_1 = v_2 = v'_1 = v'_2, что является частным случаем, когда сталкиваются два одинаковых шарика с одинаковыми скоростями. Правильнее будет записать закон сохранения энергии

\frac {m_1v_1^2}{2} + \frac {m_2v_2^2}{2} = \frac {m_1 {v'_1}^2}{2} + \frac {m_2{v'_2}^2}{2}

То есть, суммарная энергия до столкновения равна суммарной энергии после столкновения.
В итоге у тебя получается система уравнений:

m_1v_1 - m_2 v_2 = -m_1v'_1 + m_2v'_2 \\ m_1v_1^2 + m_2v_2^2 = m_1 {v'_1}^2 + m_2{v'_2}^2

Дальше можно идти двумя путями:

  1. “Влоб”. Из первого уравнения найдём v'_1 или v'_2 и подставим во второе уравнение и будем решать квадратное уравнение.

  2. Использовать метод, который привёл Сивухин в своём учебнике, а потом удивлять учителей и одноклассников этим решением :upside_down_face:

Перезапишем уравнения:

m_1 (v_1 + v'_1) = m_2(v_2 + v'_2) \space \space \space (1) \\ m_1(v_1^2 - {v'_1}^2) = m_2({v'_2}^2 - v_2^2)

По формулам сокращенного умножения (a^2 - b^2) = (a+b)(a -b):

m_1(v_1 - v'_1)(v_1 + v'_1) = m_2(v'_2 - v_2)(v_2 + v'_2)

Разделим получившееся уравнение на уравнение (1):

v_1 - v'_1 = v'_2 - v_2

И теперь у нас есть линейных уравнения: верхнее и уравнение (1). Выражаем в одном из уравнений v'_1 или v'_2, подставляем полученное выражение во второе и приходим к ответу.

Эту тему (как и многие другие из школьной программы по механике и термодинамике) очень хорошо объясняет Мякишев (тык)

P.S.: Чтобы поставить знак умножения в \LaTeX , можно использовать команду

\cdot

Результат: a \cdot b

P.P.S.: советую привыкнуть работать с буквенными уравнениями, потому что большинство учебников и задачников используют именно этот метод. Ещё так гораздо понятнее, что происходит в системе, и общем удобнее запоминать методы.

4 лайка

это да я знаю)

ой да, я не правильно здесь написал забыл

а здесь перед ним - знак не должен быть?

понял спасибо!

1 лайк

Я что-то не могу найти это выражение у себя в ответе, где оно находится?

вот здесь))

Нет, там минусов не должно быть. Кинетическая энергия всегда имеет положительное значение

я чуть чуть не понял, в решение учителя там
image
было это уравнение и такое же но только возведенным в квадрат скорости.(у учителя знаки прям те были)
У вас примерно также вышло но знаки почему то не те? У кого не правильно? :joy:
image

Мне кажется, учитель что-то напутал, потому что Сивухин пишет такие же формулы

И Мякишев тоже

В законе сохранения импульса у них нет минусов, потому что они занесли минус, как часть значения скорости, то есть не так:

m_1 v_1 - m_2 v_2 = - m_1 v'_1 + m_2v'_2 \\ v_ 1 = \pu{2 m/s} \\ v_2 = \pu{4 m/s}

А так

v_ 1 = \pu{2 m/s} \\ v_2 = \pu{-4 m/s}

И тогда твоё первое уравнение, мои уравения и уравнения авторов сойдутся

2 лайка

все спасибо понял

жирный плюс. у левого шара импульс 20 кг\cdot м/с, а у второго – 8, и изменение направления первого шара с таким, казалось бы, превосходящим значением импульса казалось бредовым, но всё действительно так))

кстати, при решении квадратного уравнения в одном из корней выйдет так, что v_1 = v’_1. ну а чё, шарики не ударятся, зато импульс и энергия всё так же сохранятся

5 лайков

Я отредактировал формулы и в целом текст в твоем сообщении. Про латех можешь глянуть здесь — Как писать формулы? Язык разметки LaTeX. Если кажется, что там чего-то не хватает, можно писать предложения под самой темой или просто редактировать сообщение — это вики-пост, его может редактировать каждый.

3 лайка