Номер 10.19, страница 34 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 10. Взаимодействие тел. Масса тел. Глава 2. Движение и взаимодействие тел - номер 10.19, страница 34.

10.19 [215] Стальная пластина прикреплена к концу пружины (рис. II-32). Пружина в сжатом состоянии удерживается нитью. Если пережечь нить, то пружина выпрямляется и стальная пластина одновременно ударяет шары, которые лежат на столе. Массы шаров равны, но сделаны они из разных металлов (алюминий, свинец, сталь). Из какого металла сделаны шар 1, шар 2 и шар 3? (На рисунке положение каждого шара после удара обозначено пунктиром.)

Рис. II-32

Решение

При разжатии пружины ее потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию стальной пластины. Пластина, двигаясь, одновременно ударяет по трем шарам, которые изначально покоились. По условию, массы всех шаров одинаковы, но они сделаны из разных металлов. На рисунке видно, что после удара шары пролетают разные расстояния. В предположении, что сила сопротивления движению для всех шаров одинакова (или пренебрежимо мала), пройденное расстояние $s$ за одно и то же время пропорционально начальной скорости $v$, которую шар получил в результате удара. Следовательно, шар, пролетевший наибольшее расстояние, получил наибольшую начальную скорость.

Скорость, которую приобретает шар при столкновении, зависит от того, какая доля кинетической энергии пластины передается шару. Эта передача энергии определяется упругостью столкновения. Чем более упругим является столкновение, тем большая часть кинетической энергии переходит от пластины к шару, и тем выше будет скорость шара после удара.

Упругость столкновения зависит от материалов сталкивающихся тел. В данном случае стальная пластина сталкивается с шарами из стали, алюминия и свинца.

1. Столкновение стальной пластины со стальным шаром является наиболее упругим. При таком ударе теряется минимальное количество энергии, и стальной шар приобретает наибольшую скорость.

2. Столкновение стальной пластины с алюминиевым шаром менее упругое, чем со стальным. Алюминий тверже свинца, но мягче стали. Поэтому алюминиевый шар приобретет скорость меньшую, чем стальной, но большую, чем свинцовый.

3. Столкновение стальной пластины со свинцовым шаром является наименее упругим (наиболее неупругим). Свинец — очень мягкий и пластичный металл. При ударе значительная часть энергии расходуется на его деформацию и нагрев. Поэтому свинцовый шар получит наименьшую начальную скорость.

Сопоставим эти выводы с рисунком:

• Шар 1 пролетел наибольшее расстояние. Следовательно, он получил наибольшую скорость, что соответствует наиболее упругому удару. Значит, это стальной шар.

• Шар 3 пролетел наименьшее расстояние. Следовательно, он получил наименьшую скорость, что соответствует наиболее неупругому удару. Значит, это свинцовый шар.

• Шар 2 пролетел среднее расстояние, что соответствует промежуточному значению скорости. Значит, это алюминиевый шар.

Ответ: Шар 1 сделан из стали, шар 2 — из алюминия, шар 3 — из свинца.