2020-01-22
При падении теннисного мячика с высоты $H$ на неподвижную ракетку он отскакивает вертикально вверх на несколько меньшую высоту $h = 0,9H$. С какой скоростью ракетка должна двигаться навстречу мячику в момент удара, чтобы он подскочил на ту же высоту $H$?
Решение:
Мячик подскакивает на меньшую высоту из-за того, что часть энергии деформации переходит в тепло. Будем считать, что доля переходящей в тепло энергии остается неизменной при различных скоростях мячика перед ударом.
Решим задачу в системе отсчета, которая движется вместе с ракеткой вверх со скоростью $u$ (именно эту скорость мы и хотим найти). В этой системе мячик на высоте $H$ имеет скорость $u$. Тогда максимальное значение энергии деформации составляет
$W = mgH + \frac{mu^{2} }{2}$,
где $m$ - масса мячика. В тепло перешла 1/10 часть этой энергии, поэтому получаем
$\frac{9}{10} \left ( mgH + \frac{mu^{2} }{2} \right ) = mgH$,
откуда
$u = \frac{ \sqrt{2gH} }{3}$.