Logo
Logo

Удар ракетки

1  ?? С какой скоростью $\vec{v_р}$, должна двигаться ракетка, чтобы мяч отразился под прямым углом к первоначальной траектории?

Перейдем в СО ракетки.
Разумеется со стороны ракетки на мяч действует сила трения, если мяч не подвижен относительно ракетки в горизонтальном положении.
Поэтому в этом случае она за время удара закрутит мяч и он перестанет двигаться поступательно.
Поэтому в СО ракетки мяч будет двигаться перпендикулярно ракетке, т.е. $v_{\mathrm {II}}=v_0\sin\alpha$.
После удара скорость мяча в СО ракетки поменяет направление на противоположное и в СО земли будет направлена как:

По условию $$
2 v_{\perp}+v_0=v_0 \sin \alpha \operatorname{tg} \alpha= \\
=\frac{v_0 \sin ^2 \alpha}{\cos \alpha} \Rightarrow 2 v_{\perp}=v_0 \frac{\sin ^2 \alpha-\cos ^2 \alpha}{\cos \alpha}, \\
v_{\perp}=\frac{v_0}{2 \cos \alpha}\left(\sin ^2 \alpha-\cos ^2 \alpha\right).
$$Заметим, что $\sin ^2 \alpha-\cos ^2 \alpha=-\cos 2 \alpha$, так что $$
\begin{aligned}
& v_{\perp}=\frac{v_0}{2 \cos \alpha} \cdot(-\cos 2 \alpha) \\
& v_{\mathrm{II}}=v_0 \sin \alpha=\frac{v_0 \sin 2 \alpha}{2 \cos \alpha} \\
& v_р=\sqrt{v_{\mathrm{II}}^2+v_{\perp}^2}=\frac{v_0}{2 \cos \alpha} .
\end{aligned}\\
$$

Ответ: $$
v_р=v_0/(2\cos\alpha)
$$
2  ?? Какой угол $\varphi$ составляет скорость $\vec{v_р}$ с перпендикуляром к ракетке, если скорость $\vec {v_0}$ составляет с тем же перпендикуляром угол $\alpha$?

$$
\varphi=\operatorname{arctg} \frac{V_{\mathrm{II}}}{V_{\perp}}=\operatorname{arctg}\left(-\frac{\sin 2 \alpha}{\cos 2 \alpha}\right)=-2 \alpha+\pi L, L \in \mathbb{Z} .
$$Ясно, что $0 \leqslant 2 \alpha \leqslant \pi$.
Чтобы $\varphi \in[0 ; \pi]$, нужно взять $\varphi=\pi-2 \alpha$.

Ответ: $$
\varphi=\pi - 2\alpha
$$