Чтобы определить изменение импульса стального шарика, необходимо учитывать, что импульс ((\vec{p})) является векторной величиной и определяется как произведение массы ((m)) на скорость ((\vec{v})) тела:
[
\vec{p} = m \cdot \vec{v}
]
Масса шарика (m = 100 \, \text{г} = 0.1 \, \text{кг}), скорость до удара (\vec{v}_1 = 2 \, \text{м/с}), и поскольку шарик отскакивает с той же скоростью, скорость после удара (\vec{v}_2 = -2 \, \text{м/с}).
1) Скорость шарика перпендикулярна плите
В этом случае изменение импульса (\Delta \vec{p}) считается как разность между конечным и начальным импульсом:
[
\Delta \vec{p} = \vec{p}_2 - \vec{p}_1 = m \cdot \vec{v}_2 - m \cdot \vec{v}_1
]
Подставляем значения:
[
\Delta \vec{p} = 0.1 \, \text{кг} \cdot (-2 \, \text{м/с}) - 0.1 \, \text{кг} \cdot 2 \, \text{м/с} = -0.2 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} - 0.2 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}
]
[
\Delta \vec{p} = -0.4 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}
]
Изменение импульса равно (-0.4 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}). Минус указывает на изменение направления импульса.
2) Угол между направлением скорости и плоскостью плиты 30 градусов
В этом случае скорость шарика имеет компоненты, и необходимо рассмотреть только перпендикулярную компоненту скорости, так как параллельная компонент остается неизменной.
Перпендикулярная компонента скорости до удара:
[
v_{1\perp} = v_1 \cdot \sin(30^\circ) = 2 \, \text{м/с} \cdot 0.5 = 1 \, \text{м/с}
]
После удара эта компонента меняет знак:
[
v_{2\perp} = -1 \, \text{м/с}
]
Изменение импульса шарика по перпендикулярной компоненте:
[
\Delta p\perp = m \cdot v{2\perp} - m \cdot v_{1\perp}
]
[
\Delta p_\perp = 0.1 \, \text{кг} \cdot (-1 \, \text{м/с}) - 0.1 \, \text{кг} \cdot 1 \, \text{м/с}
]
[
\Delta p_\perp = -0.1 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} - 0.1 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} = -0.2 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}
]
Таким образом, изменение импульса в этом случае равно (-0.2 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}).