2020-02-17
Две большие параллельные пластины двигают навстречу друг другу с одинаковыми скоростями $v_{0}$. Между пластинами находится очень маленький упругий шарик. В тот момент когда одна из пластин ударяется о него, расстояние между пластинами составляет $L$. Считая удары абсолютно упругими, найдите скорость шарика в тот момент, когда расстояние между пластинами составит $L/5$. Действием силы тяжести пренебречь. Скорость шарика перед первым ударом равна нулю.
Решение:
Это совсем простая задача. После первого удара шарик приобретет скорость $2v$ (это легко установить, "пересев" в систему отсчета, связанную с набегающей плоскостью, а после расчета удара пересев обратно), направленную в сторону второй пластины, при этом шарик и эта пластина будут сближаться со скоростью $3v$, и удар произойдет через время $\frac{L}{3v}$. К моменту соударения первая пластина сдвинется ко второй на $\frac{vL}{3v} = \frac{L}{3}$, и расстояние между пластинами станет равным $L - \frac{L}{3} = \frac{2L}{3}$. После этого удара скорость шарика станет равной $4v$, он ударится о первую пластину через время $\frac{2L}{15v}$. К этому моменту расстояние между пластинами будет равно $\frac{L}{3} - \frac{2L}{15} = \frac{L}{5}$ - это заданная в условии величина. Уже можно записать ответ - скорость шарика будет равна $4v$. А можно найти скорость шарика после этого удара (удары кратковременны) - получится $6v$. Интересно, что последовательные расстояния между пластинами в моменты ударов записываются совсем просто...