Автор Тема: Задача на абсолютно упругое центральное столкновение двух шаров.  (Прочитано 9346 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 14370
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1675/-1151
  • Пол: Мужской
  • nemo curat 😈
uploads

Гипотенуза прямоугольного треугольника 2R, малый катет R. Углы 60°-30°-90°

Большой Форум


Оффлайн severe

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 5608
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +64/-5
uploads

Гипотенуза прямоугольного треугольника 2R, малый катет R. Углы 60°-30°-90°
Видите на своём рисунке касательную к точке соприкосновения двух кругов. Её угол с горизонтальной линией 45 градусов. Или мне мерещится? :)

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 14370
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1675/-1151
  • Пол: Мужской
  • nemo curat 😈
upload image

один угол 30, другой прямой, значит третий - ??? )))

Оффлайн severe

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 5608
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +64/-5
uploads

Гипотенуза прямоугольного треугольника 2R, малый катет R. Углы 60°-30°-90°
Хорда, соединяющая самую нижнюю точку левого круга с его самой правой точкой, параллельна касательной к точке соприкосновения кругов? Если да, то рассмотрим в левом круге прямоугольный треугольник, вершинами которого являются самая нижняя и самая правая точки левого круга, а также его центр, гипотенузой хорда. Он равнобедренный, значит угол между хордой и горизонталью равен 90-45=45.
« Последнее редактирование: 20 Июнь 2020, 06:48:55 от severe »

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 14370
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1675/-1151
  • Пол: Мужской
  • nemo curat 😈
Хорда, соединяющая самую нижнюю точку левого круга с его самой правой точкой, параллельна касательной к точке соприкосновения кругов?
нет. ))

Оффлайн severe

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 5608
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +64/-5
нет. ))
OK. Сори. Значит, угол наклона касательной 60 градусов. И воспоследуют исправления системы уравнений:

\( V_{1x}^2+V_{1y}^2+V_{2x}^2+V_{2y}^2=v^2 \)
\( V_{1x}+V_{1y}+V_{2x}+V_{2y}=v \)
\( V_{1x}V_{2x}+V_{1y}V_{2y}=0 \)
\( V_{1x}-\sqrt3(V_{1y}+V_{2x})+V_{2y}=0 \)
« Последнее редактирование: 20 Июнь 2020, 07:35:37 от severe »

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 14370
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1675/-1151
  • Пол: Мужской
  • nemo curat 😈
Я бы предложил перейти в новую СК, где ось Х' лежит на линии соединяющей центры шаров. Тогда по Х', скорость после удара полностью перейдёт второму шару, а первый остановится. А по Y' вообще не будет никакого взаимодействия, первый шар тупо сохранит свою скорость, а второй никакую не приобретёт. А потом, снова перейти в изначальную СК. Тогда и никакая система уравнений не нужна, всё просто как угол дома: поворачиваем изначальную СК на 30°, и задача практически решена. ))

« Последнее редактирование: 20 Июнь 2020, 11:04:34 от ER* »

Оффлайн severe

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 5608
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +64/-5
Я бы предложил перейти в новую СК, где ось Х' лежит на линии соединяющей центры шаров. Тогда по Х', скорость после удара полностью перейдёт первому шару, а второй остановится. А по Y' вообще не будет никакого взаимодействия, второй шар тупо сохранит свою скорость, а первый никакую не приобретёт. А потом, снова перейти в изначальную СК. Тогда и никакая система уравнений не нужна, всё просто как угол дома: поворачиваем изначальную СК на 30°, и задача практически решена. ))


Следуя строго Вашим советам:

\( V_{1x'}=v_{2x'}=v\cdot cos(\pi/6)=\frac{\sqrt 3}{2}v \)

\( V_{1y'}=0 \)

\( V_{2x'}=0 \)

\( V_{2y'}=v\cdot sin(\pi/6)=\frac{v}{2} \)

\( V_{1x}^2+V_{1y}^2=\frac{3}{4}v^2 \)

\( V_{2x}^2+V_{2y}^2=\frac{v^2}{4} \)

Так и дальше-то как? Два уравнения четыре неизвестных. Нужно же найти координаты векторов после удара, а не их модули. Как обойтись без решения системы из четырёх уравнений с четырьмя неизвестными в каждом? В штрихах мы нашли, но нам-то надо в нештрихах.
Чего-то я, наверное, недогоняю. Да и какие-то математические ошибки явно получены.
Я, кстати, для себя подправил Ваш текст слегонца, чтобы он соответствовал моей нумерации шаров.

А! Нашли модули и знаем углы. Первый шар полетел вниз вправо под углом 30 градусов, второй вверх вправо под углом 60 градусов. Остался один шаг.

\( V_{1x}=\frac{3}{4}v \)

\( V_{1y}=-\frac{\sqrt 3}{4}v \)

\( V_{2x}= \frac{v}{4} \)

\( V_{2y}=\frac{\sqrt 3}{4}v \)





« Последнее редактирование: 20 Июнь 2020, 14:06:53 от severe »

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 14370
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1675/-1151
  • Пол: Мужской
  • nemo curat 😈


 В новой СК до и после удара. Осталось снова перейти в старую. )) Тупо, обратным поворотом СК.
« Последнее редактирование: 20 Июнь 2020, 12:27:21 от ER* »

Оффлайн severe

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 5608
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +64/-5


 В новой СК до и после удара. Осталось снова перейти в старую. )) Тупо, обратным поворотом СК.
Так пойдёт?

\( V_{1x}=\frac{3}{4}v \)

\( V_{1y}=-\frac{\sqrt 3}{4}v \)

\( V_{2x}= \frac{v}{4} \)

\( V_{2y}=\frac{\sqrt 3}{4}v \)
« Последнее редактирование: 20 Июнь 2020, 13:29:06 от severe »

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 14370
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1675/-1151
  • Пол: Мужской
  • nemo curat 😈


 В новой СК до и после удара. Осталось снова перейти в старую. )) Тупо, обратным поворотом СК.

Т.е. опятъ поворочиваем СК на 30°:



Найти векторы скоростей шаров после абсолютно упругого столкновения.

Ответ на задачу готов: после столкновения первый шар имеет скорость \( v/2 \), направление +60° от оси Х. Второй шар имеет скорость \(  v\sqrt{3}/2 \), направление -30° от оси Х.

easy? ))
« Последнее редактирование: 20 Июнь 2020, 13:30:31 от ER* »

Оффлайн severe

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 5608
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +64/-5
Ответ на задачу готов: после столкновения первый шар имеет скорость v/2, направление +60° от оси Х. Второй шар имеет скорость v3–√/2, направление -30° от оси Х.

easy? ))
Сходится с моим:

\( V_{1x}=\frac{3}{4}v \)

\( V_{1y}=-\frac{\sqrt 3}{4}v \)

\( V_{2x}= \frac{v}{4} \)

\( V_{2y}=\frac{\sqrt 3}{4}v \)

Можно ещё устроить проверку по системе уравнений:

\( V_{1x}^2+V_{1y}^2+V_{2x}^2+V_{2y}^2=v^2 \)

\( V_{1x}+V_{1y}+V_{2x}+V_{2y}=v \)

\( V_{1x}V_{2x}+V_{1y}V_{2y}=0 \)

\( V_{1x}+\sqrt3(V_{1y}+V_{2x})-V_{2y}=0 \)
« Последнее редактирование: 20 Июнь 2020, 13:41:09 от severe »

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 14370
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1675/-1151
  • Пол: Мужской
  • nemo curat 😈
Сходится с моим. Можно ещё устроить проверку по системе уравнений.

Должно сходиться. Просто Вы действовали алгебраически "в лоб", через систему уравнений, а можно и "хитромудро", геометрически: тогда никаких уравнений писать не надо, и считать ничего не надо, нужно только знать чему равен синус 30° и синус 60°. ))
« Последнее редактирование: 20 Июнь 2020, 13:39:51 от ER* »

Оффлайн Иван Горин

  • Модератор
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 4518
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +2181/-934
  • Пол: Мужской
Оба решили задачу правильно и получают по сладкой конфетке, то есть по плюсу.
Усложним задачу. Левый шар догоняет правый., то есть скорость правого шара не равна нулю до соударения.
« Последнее редактирование: 20 Июнь 2020, 13:41:07 от Иван Горин »

Оффлайн severe

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 5608
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +64/-5
Должно сходиться. Просто Вы действовали алгебраически "в лоб", через систему уравнений, а можно и "хитромудро", геометрически: тогда никаких уравнений писать не надо, и считать ничего не надо, нужно только знать чему равен синус 30° и синус 60°. ))
Так я так в конечном итоге и сделал по Вашему методу. Я же не решал систему уравнений :)

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 14370
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1675/-1151
  • Пол: Мужской
  • nemo curat 😈
Оба решили задачу правильно и получают по сладкой конфетке, то есть по плюсу.
Усложним задачу. Левый шар догоняет правый., то есть скорость правого шара не равна нулю до соударения.



 Переходим в СО убегающего правого шара, теперь скорость у левого будет \( v-u \),  где \( {u} \) - скоростъ правого шара. Решаем по аналогии с приведённым выше геометрическим решением. Теперь нужно только вместо \( v \) подставить \( v-u \).



А теперь к полученным векторам нужно прибавить вектор \( \vec{u} \).



Вот и ответ на новую задачку в графическом виде. ))



« Последнее редактирование: 21 Июнь 2020, 01:03:47 от ER* »

Оффлайн Иван Горин

  • Модератор
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 4518
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +2181/-934
  • Пол: Мужской


 Переходим в СО убегающего правого шара, теперь скорость у левого будет \( v-u \),  где \( {u} \) - скоростъ правого шара. Решаем по аналогии с приведённым выше геометрическим решением.



А теперь к полученным векторам нужно прибавить вектор \( \vec{u} \).



Вот и ответ на новую задачку в графическом виде. ))

А вот и в алгебраическом:

Скорость левого шара после соударения \( \sqrt{(v-u)^2/4 + u^2 - 2(v-u)u*cos(120°)} =\sqrt{(v-u)^2/4 + u^2 + (v-u)u}=(v+u)/2 \)
Скорость правого шара после соударения \( \sqrt{3(v-u)^2/4 + u^2 - 2(v-u)u*cos(150°)} = \sqrt{3(v-u)^2/4 + u^2 + \sqrt{3}(v-u)u} \)

А углы лень считать. ))

Конечно, если \( u > v \), то соударение невозможно, значит оно как бы уже произошло, и полученные скорости означают скорости до удара. Если \( u = v \), то соударения не было и никогда не будет,  и полученные скорости равны исходным.

Ошибки в конечных вычислениях. А идея перехода в систему правого шара отличная. Избавляет от решения систем уравнений.
Север, ваш ход.

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 14370
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1675/-1151
  • Пол: Мужской
  • nemo curat 😈
Ошибки в конечных вычислениях.

Да, где-то перемудрил в алгебраическом выражении скоростей. Лень искать ошибку. Оставил только графическое решение, там, вроде как, ошибок нет. ))

Оффлайн Иван Горин

  • Модератор
  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 4518
  • Страна: ru
  • Рейтинг: +2181/-934
  • Пол: Мужской
Да, где-то перемудрил в алгебраическом выражении скоростей. Лень искать ошибку. Оставил только графическое решение, там, вроде как, ошибок нет. ))
Да, в графическом решении ошибок нет.

Оффлайн ER*

  • Местный мудрец
  • *****
  • Сообщений: 14370
  • Страна: de
  • Рейтинг: +1675/-1151
  • Пол: Мужской
  • nemo curat 😈
Нашёл свой косяк.



Алгебраическое выражение для модулей скоростей после удара:

Модуль скорости левого шара после удара \( \displaystyle\frac{1}{2}\sqrt{v^2+3u^2} \)

Модуль скорости правого шара после удара \( \displaystyle \frac{1}{2}\sqrt{3v^2+u^2 } \)

А углы лень считать. ))

Конечно, если \( \displaystyle u>v \), то соударение невозможно, значит оно как бы уже произошло, и полученные модули скоростей означают модули скоростей до удара. Если \( \displaystyle u=v \), то соударения не было и никогда не будет,  и полученные модули скоростей равны исходным.
« Последнее редактирование: 22 Июнь 2020, 00:59:46 от ER* »

Большой Форум