Теннисный мяч, летящий со скоростью v, отскакивает от теннисной ракетки, движущейся навстречу мячу со скоростью и С какой скоростью отлетит мяч после упругого удара о ракетку?

Решение к задаче представлено в виде картинки и приложено к ответу

Добрый день! Для решения этой задачи нам потребуются знания о законах сохранения импульса и энергии.

Закон сохранения импульса гласит, что общий импульс системы остается неизменным в отсутствие внешних сил. В данном случае системой является теннисный мяч и ракетка.

Также нам понадобится понятие упругого столкновения, при котором кинетическая энергия системы сохраняется.

Первым шагом мы можем записать закон сохранения импульса в оси движения:

m_1 * v_1 + m_2 * v_2 = m_1 * u_1 + m_2 * u_2

где m_1 и m_2 - массы мяча и ракетки соответственно,
v_1 и v_2 - их начальные скорости перед столкновением,
u_1 и u_2 - их конечные скорости после столкновения.

В данном случае масса ракетки остается постоянной, поэтому можно заменить сумму масс мяча и ракетки на общую массу системы (m) и выразить u_2:

m * v - m_1 * v_1 = m * u_2

Теперь можем перейти к закону сохранения энергии.

Кинетическая энергия системы до удара равна сумме кинетических энергий теннисного мяча и ракетки:

(1/2) * m_1 * (v_1)^2 + (1/2) * m_2 * (v_2)^2

Кинетическая энергия системы после удара равна сумме кинетических энергий теннисного мяча и ракетки:

(1/2) * m_1 * (u_1)^2 + (1/2) * m_2 * (u_2)^2

Из упругости столкновения следует, что начальная и конечная кинетические энергии равны, поэтому мы можем записать:

(1/2) * m_1 * (v_1)^2 + (1/2) * m_2 * (v_2)^2 = (1/2) * m_1 * (u_1)^2 + (1/2) * m_2 * (u_2)^2

Теперь мы можем использовать первое уравнение и выразить u_2 через v, v_1 и u_1:

m * v - m_1 * v_1 = m * u_2
u_2 = (m * v - m_1 * v_1) / m

Подставим это значение u_2 во второе уравнение:

(1/2) * m_1 * (v_1)^2 + (1/2) * m_2 * (v_2)^2 = (1/2) * m_1 * (u_1)^2 + (1/2) * m_2 * ((m * v - m_1 * v_1) / m)^2

Теперь мы можем решить это уравнение относительно u_1, чтобы получить скорость мяча после удара о ракетку. Оставляю это как упражнение самостоятельного решения для школьника.