Шарик, движущийся со скоростью v по гладкой горизонтальной поверхности, налетает на лежащий неподвижно на той же поверхности кубик. после удара шарик остановился, а кубик стал двигаться поступательно со скоростью v/3. какая часть первоначальной кинетической энергии шарика перешла в теплоту? предоставить два решения - 1) шарик скользит; 2) шарик катится.

Добрый день, ученик!

Давайте разберем эту физическую задачу пошагово.

Из условия задачи известно, что шарик движется со скоростью v и налетает на неподвижный кубик, после чего шарик останавливается, а кубик начинает двигаться со скоростью v/3. Нам нужно найти, какая часть первоначальной кинетической энергии шарика перешла в теплоту.

Для начала, нам нужно выяснить, какая форма движения у шарика при столкновении. В условии задачи предлагаются два возможных варианта: шарик может либо скользить, либо катиться. Рассмотрим каждый из этих вариантов по отдельности и найдем объяснение для перехода кубика в движение.

1) Шарик скользит:

Предположим, что шарик скользит. Это означает, что шарик не покатился и не вращается вокруг своей оси при столкновении с кубиком. В данном случае, вся кинетическая энергия шарика переходит во внутреннюю энергию системы, включая теплоту. То есть, вся первоначальная кинетическая энергия шарика перешла в теплоту.

2) Шарик катится:

Предположим, что шарик катится. Это означает, что шарик покатился и вращается вокруг своей оси при столкновении с кубиком. В данном случае, вся кинетическая энергия шарика разделяется между внутренней энергией системы и теплотой.

Для нахождения доли первоначальной кинетической энергии шарика, которая переходит в теплоту, воспользуемся законом сохранения энергии. Приступим к его формулировке и решению задачи для каждого случая:

1) Шарик скользит:

По закону сохранения энергии, сумма кинетической энергии и потенциальной энергии до столкновения должна быть равна сумме кинетической энергии и потенциальной энергии после столкновения. Так как шарик налетает на неподвижный кубик, его высота не меняется, поэтому потенциальная энергия до и после столкновения будет одинаковой и можно ее не рассматривать.

Это означает, что масса шарика умноженная на его начальную скорость в квадрате должна равняться массе кубика умноженной на его скорость после столкновения в квадрате, плюс теплоте, которая возникла:

m_шарика * v^2 = m_кубика * (v/3)^2 + Q, где Q - теплота.

Разрешаем относительно Q:

Q = m_шарика * v^2 - m_кубика * (v/3)^2

Таким образом, доля первоначальной кинетической энергии шарика, которая перешла в теплоту, будет равна:

Доля теплоты = Q / (m_шарика * v^2) = (m_шарика * v^2 - m_кубика * (v/3)^2) / (m_шарика * v^2)

2) Шарик катится:

При рассмотрении случая, когда шарик катится, нужно учесть дополнительную энергию, связанную с его вращением.

По аналогичному закону сохранения энергии, сумма кинетической энергии, потенциальной энергии и энергии вращения до столкновения должна быть равна сумме кинетической энергии, потенциальной энергии и энергии вращения после столкновения.

Это означает, что:

m_шарика * v^2 + I_шарика * w^2 = m_кубика * (v/3)^2 + I_кубика * w'^2 + Q,

где I_шарика и I_кубика - моменты инерции шарика и кубика соответственно, w и w' - угловые скорости вращения шарика и кубика до и после столкновения.

В данной задаче предполагается, что перед столкновением шарик не вращается, поэтому w=0.

Используем момент инерции шарика I_шарика = (2/5) * m_шарика * r^2, где r - радиус шарика.

Таким образом, уравнение может быть переписано в следующем виде:

m_шарика * v^2 = m_кубика * (v/3)^2 + (2/5) * m_шарика * r^2 * w'^2 + Q.

Теперь разрешаем относительно Q:

Q = m_шарика * v^2 - m_кубика * (v/3)^2 - (2/5) * m_шарика * r^2 * w'^2.

Доля первоначальной кинетической энергии шарика, которая перешла в теплоту, будет равна:

Доля теплоты = Q / (m_шарика * v^2) = (m_шарика * v^2 - m_кубика * (v/3)^2 - (2/5) * m_шарика * r^2 * w'^2) / (m_шарика * v^2).

В заключение, я предоставил вам два решения для данной задачи. Вы можете использовать формулы и методы, указанные выше, чтобы ответить на вопрос. Не забудьте значения известных величин, таких как массы шарика и кубика, скорость шарика и радиус шарика. Если у вас возникнут дополнительные вопросы или нужна помощь в решении, не стесняйтесь обратиться ко мне. Удачи в решении задачи!