Для решения задачи о изменении импульса мяча при абсолютно упругом ударе о горизонтальную поверхность, важно понять, как изменяются скорость и направление движения мяча после удара.
В случае абсолютно упругого удара, кинетическая энергия и импульс системы сохраняются. Поскольку удар происходит о неподвижную горизонтальную поверхность, мяч отскакивает от неё без потери скорости, но с изменением направления скорости на противоположное.
- Определим начальный импульс мяча. Импульс ( \vec{p} ) определяется как произведение массы объекта на его скорость:
[ \vec{p}{\text{нач}} = m \vec{v}{\text{нач}} ]
где ( m = 0.2 ) кг (масса мяча), ( \vec{v}_{\text{нач}} = 5 ) м/с (скорость мяча непосредственно перед ударом, направленная вниз).
[ \vec{p}_{\text{нач}} = 0.2 \, \text{кг} \times 5 \, \text{м/с} = 1 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} ]
Направлен вниз.
- Определим конечный импульс мяча. После удара скорость мяча остаётся по модулю той же, но направление изменяется на прямо противоположное (вверх):
[ \vec{v}_{\text{кон}} = -5 \, \text{м/с} ]
[ \vec{p}{\text{кон}} = m \vec{v}{\text{кон}} = 0.2 \, \text{кг} \times (-5 \, \text{м/с}) = -1 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} ]
Направлен вверх.
- Изменение импульса (( \Delta \vec{p} )) равно разности конечного и начального импульсов:
[ \Delta \vec{p} = \vec{p}{\text{кон}} - \vec{p}{\text{нач}} = (-1 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}) - (1 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}) = -2 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} ]
Изменение импульса составляет ( -2 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} ), что указывает на изменение направления импульса на противоположное. Если рассматривать модуль изменения импульса, то он равен ( 2 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} ).