Logo
Logo

Физика бильярдных шаров

Разбалловка

A1  1.00 Определите, при каком соотношении между $h$ и $\alpha$ после удара шар будет двигаться без проскальзывания.

A1. 1 $\mathrm{tg}\alpha=\frac{h-7R/5}{\sqrt{2hr-h^2}}$
или верное соотношение через тригонометрические и обратные тригонометрические функции
1.00
A2  0.50 Нарисуйте (качественно) график зависимости $\alpha(h/R)$ с указанием точек, соответствующих $\alpha=0$ и $h=R$.

A2. 1 0.50
B1  1.00 Найдите скорости шаров после разлёта (модули и направления).

B1. 1 $v_\text{движ}=v\frac{b}{2R}$, $\alpha_\text{движ} =\arccos{\frac{b}{2R}}$,


$v_\text{пок}=v\sqrt{1-\frac{b^2}{4R^2}}$, $\alpha_\text{пок} = \arcsin{\frac{b}{2R}}$
1.00
B2  0.50 Какой угол образуют скорости шаров после разлёта в такой модели?

B2. 1 $\pi/2$ 0.50
B3  1.50 Рассмотрим вспомогательную задачу: шар на горизонтальном столе в начальный момент имеет поступательную скорость $\vec{v}=\begin{pmatrix} v_x \\ v_y \end{pmatrix}$ и угловую скорость $\vec\omega=\begin{pmatrix} \omega_x \\ \omega_y \end{pmatrix}$ (вектора $\vec v$ и $\vec\omega$ лежат в плоскости стола). Имеется трение о поверхность, которое прекращается, как только исчезает проскальзывание. Какова будет установившаяся скорость шара (модуль и направление)?

B3. 1 $u_x=\frac{5}{7}v_x+\frac{2}{5}\omega_y R$ 0.50
B3. 2 $u_y=\frac{5}{7}v_y-\frac{2}{5}\omega_x R$ 0.50
B3. 3 $\vec{u} = \frac{5}{7}\vec{v}-\frac{2}{7}\vec{\omega}\times\vec{R}$ 0.50
B4  0.50 Вернемся к столкновению двух шаров; пусть до удара « биток » двигался без проскальзывания. Под какими углами к начальной скорости теперь направлены установившиеся скорости шаров?

B4. 1 $\theta_1=\mathrm{arctg}{\frac{5 b \sqrt{4R^2-b^2}}{5b^2 + 8 R^2}}$, $\theta_2 = \arcsin{\frac{b}{2R}}$ 0.50
B5  0.50 Определите угол $\varphi$ между установившимися скоростями шаров как функцию прицельного параметра $\frac{b}{R}$.

B5. 1 $\varphi = \theta_1+\theta_2$, ставится только при верных углах в B4 0.50
B6  0.50 Нарисуйте качественный график зависимости $\varphi(\frac{b}{R})$.

B6. 1 0.50
C1  0.50 Определите коэффициент трения скольжения. Оцените погрешность полученного значения.

C1. 1 $\mu = 0.023\pm 0.002$ 0.30
C1. 2 Получена погрешность $\mu$ при правильном значении 0.20
C2  0.50 Оцените относительные потери энергии при столкновении шаров.

C2. 1 $\Delta W/W = 0.05$ 0.50
C3  1.00 Определите относительный прицельный параметр $\frac{b}{R}$ для столкновения, используя данные для обоих шаров. Оцените погрешность полученного значения.

C3. 1 $\frac{b}{R} = 0.84 \pm 0.04$ 0.70
C3. 2 Получена погрешность $\frac{b}{R}$ при правильном значении 0.30
D1  1.50 Рассмотрим центральный удар ($b=0$) двух одинаковых шаров массы $M$. Первый шар налетает на второй со скоростью $V$. Считая скорость налетающего шара много меньшей скорости звука в материале шара, найдите время столкновения $\tau$ и максимальную деформацию $h_m$.

Указание: считайте известным значение интеграла
$$\int\limits_0^1\frac{dx}{\sqrt{1-x^{5/2}}}\approx 1.5.$$

D1. 1 $h_{max} = \left( \frac{5}{8}\frac{mV^2}{ER^{1/2}}\right) ^{2/5}$ 0.50
D1. 2 Получен верный интеграл вида $\int\limits_{0}^{1}\frac{dx}{\sqrt{1-x^{5/2}}}$ 0.50
D1. 3 $t=3h_{max}/V$ 0.50
D2  0.50 Оцените модуль Юнга материала шара, исходя из экспериментальных значений: $\tau=310~мкс, V=7.0~м/с, M=280~г, R=6.8~см$.

D2. 1 $E = 2.3\times 10^9 \text{ Па}$ 0.50