
Από το ίδιο σημείο Ο, με δυο αβαρή νήματα ίδιου μήκους ℓ, κρέμονται δυο μικρές σφαίρες Α και Β με μάζες m1 και m2 αντίστοιχα. Εκτρέπουμε τις δύο σφαίρες, όπως στο σχήμα, σε οριζόντιες αποστάσεις, (ως προς την κατακόρυφο που περνά από το Ο), x=0,2m και y=0,1m και τις αφήνουμε να κινηθούν. Δίνεται ότι ℓ>>x.
Μετά από την κεντρική και ελαστική μεταξύ τους κρούση, οι σφαίρες επιστρέφουν στις αρχικές θέσεις εκτροπής τους.
- Ποιος ο λόγος των μαζών των δύο σφαιρών m2/m1;
- Αν m2=4m1 η περίοδος των κρούσεων, σε σχέση με την αντίστοιχη περίοδο της i) περίπτωσης, θα αυξηθεί, θα μειωθεί ή θα παραμείνει σταθερή;
Ποιες οι απαντήσεις σας;
![]()
Γεια σου Διονύση.
Αν δεν υπάρχει κάποια παγίδα:
Εφόσον $latex \displaystyle \ell >>x,y$, έχουμε γραμμική ταλάντωση από τη θέση που αφήνονται τα σώματα μέχρι τη στιγμή της κρούσης με γωνιακή συχνότητα $latex \displaystyle \omega =\sqrt{\frac{g}{\ell }}$, ανεξάρτητη των μαζών.
$latex \displaystyle \frac{{{m}_{2}}}{{{m}_{1}}}=\frac{x}{2y}$
Για να φτάσουν στις ίδιες θέσεις πρέπει να έχουν μετά την κρούση αντίθετες ταχύτητες.
Πριν συγκρουσθούν η αριστερή έχει διπλάσια ταχύτητα.
Διατήρηση ορμής:
2m1.υ-m2.υ=-2m1.υ+m2.υ=>4m1=2m2=>m2=2m1
Αν η μάζα είναι τετραπλάσια, πάλι κάθε σφαίρα θα κινηθεί αντίθετα απ' ότι εκινείτο.
Πάλι μαζί θα φτάσουν στις νέες ακραίες θέσεις σε χρόνο Τ/4. Σε χρόνο πάλι Τ/4 θα επιστρέψουν πάλι.
Επομένως η περίοδος των κρούσεων παραμένει Τ/2.
Διορθώνω: $latex \displaystyle \frac{{{m}_{2}}}{{{m}_{1}}}=\frac{x}{y}$
Μια προσομοίωση.
Η περιοδικότητα είναι περίεργη.
Καλό απόγευμα συνάδελφοι.
Νίκο και Γιάννη σας ευχαριστώ για τις απαντήσεις.
Το "πρόβλημα" προέκυψε σαν εφαρμογή της ανάρτησης:
Η κίνηση σε κυλινδρική επιφάνεια
στην περίπτωση του απλού εκκρεμούς.
Δεχόμαστε ότι και τα δυο σώματα εκτελούν ΑΑΤ με περίοδο ανεξάρτητη της μάζας και της αρχικής απομάκρυνσης, συνεπώς συγκρούονται στη θέση ισορροπίας με κατακόρυφα νήματα και με μέγιστες κατά μέτρο ταχύτητες ωΑ. Για να επιστρέψουν στις αρχικές θέσεις τους, θα πρέπει να αντιστραφεί κάθε ταχύτητα.
Αλλά τότε είτε από τους τύπους της ελαστικής κρούσης, είτε από ΑΔΟ, όπως το έκανε ο Γιάννης, βρίσκουμε, σωστά λόγο μαζών 2.
Στην περίπτωση τώρα που αλλάξουμε τις μάζες, οι κρούσεις θα γίνονται ξανά στη θέση ισορροπίας (η περίοδος του απλού εκκρεμούς δεν εξαρτάται από τις μάζες) και η περίοδος των κρούσεων θα είναι ίση με το μισό της περιόδου του απλού εκκρεμούς, ανεξάρτητα από τα πλάτη, που προφανώς τώρα δεν θα είναι σταθερά και ίσα με x και y.
Δεν κατάλαβα τι εννοείς Γιάννη λέγοντας για περίεργη περιοδικότητα. Δεν μας ενδιαφέρουν τα πλάτη, αλλά οι χρόνοι ανάμεσα σε διαδοχικές κρούσεις.
Διονύση συνοπτικά εγώ την έλυσα ως εξής:
Τα σώματα κάνουν ΑΑΤ,με πλάτος χ και y kai επειδή έχουν ίση περίοδο η κρούση θα γίνει στη ΘΙΤ μετά από Τ/2 με ταχύτητες μέτρου
$latex \displaystyle {{u}_{1}}=\omega \chi $ και $latex \displaystyle \left| {{u}_{2}} \right|=\omega y$.
Παίρνοντας τη σχέση : $latex \displaystyle u{{'}_{1}}=\frac{{{m}_{1}}-{{m}_{2}}}{{{m}_{1}}+{{m}_{2}}}{{u}_{1}}+\frac{2{{m}_{2}}}{{{m}_{1}}+{{m}_{2}}}{{u}_{2}}$ (1) , θεωρώντας θετική φορά προς τα δεξιά και εφόσον θέλω η m1 να φτάσει ξανά στο αρχικό της σημείο πρέπει $latex \displaystyle u{{'}_{1}}=-{{u}_{1}}$ επιστρέφω στην (1) και έχω : $latex \displaystyle -{{u}_{1}}=\frac{{{m}_{1}}-{{m}_{2}}}{{{m}_{1}}+{{m}_{2}}}{{u}_{1}}-\frac{2{{m}_{2}}}{{{m}_{1}}+{{m}_{2}}}\left| {{u}_{2}} \right|$ από όπου προκύπτει :
$latex \displaystyle \frac{{{m}_{2}}}{{{m}_{1}}}=\frac{x}{y}$ .
Αν γίνει αλλαγή στις μάζες όπως θέτεις στο 2 ερώτημα πλέον ο λόγος τους δε θα είναι 1/2 οπότε ; Η ελαστική κρούση καθορίστηκε από την ποιότητα των μαζών ή από τις τιμές των χ και y ;
Καλησπέρα Νίκο.
Συμφωνώ με την λύση σου.
Αν αλλάξουμε τις μάζες (αλλά εννοώντας ξανά ελαστικές τις κρούσεις, αλλιώς δεν έχει νόημα, σκέψου π.χ. πλαστική κρούση) δεν μας ενδιαφέρει να υπολογίσουμε ούτε πλάτη, ούτε ταχύτητες ούτε τίποτα.
Με βάση την απόδειξή σου, καταλαβαίνουμε ότι οι κρούσεις θα πραγματοποιούνται πάντα στη θέση ισορροπίας σε χρόνο Τ/2.
Ναι φυσικά όχι πλαστική αλλά ελαστική. Ίσως δεν το εξήγησα σωστά. Πατώντας στους τύπους της ελαστικής κρούσης προκύπτει ότι αν θέλω τα σώματα να επιστρέφουν στη θέση που ξεκίνησαν πρέπει ο λόγος των μαζών να είναι αντιστρόφως ανάλογος των πλατών. Μήπως όταν οι μάζες έχουν λόγο 1/4 δε θα είναι ελαστική η κρούση αν οι μάζες αφεθούν από τα ίδια χ και y; δεν αναφέρομαι στο κάθε πότε θα συγκρούονται…
Η διαφορετικά αν απαιτήσω να είναι ελαστική με λόγο μαζών 1/4 τότε πρέπει χ/y ναι είναι 4 και όχι 2
Νίκο ο λόγος των μαζών προέκυψε από την απαίτηση να επιστρέφουν στις αρχικές τους θέσεις.
Δεν συνδέεται με την περίοδο και άρα με το χρόνο που μεσολαβεί μεταξύ δύο κρούσεων.
Η περίοδος είναι ανεξάρτητη της μάζας στο απλό εκκρεμές και κατά συνέπεια και το Τ/4 (από την ακραία θέση στη θέση ισορροπίας) δεν εξαρτάται από τη μάζα.
και ταυτόχρονα να φτάνουν πάντα στις θέσεις που ξεκίνησαν, διότι διαφορετικά θα έχω ελαστική κρούση αλλά αν ο λόγος χ/y δεν είναι 4, τότε τα σώματα δε θα φτάνουν ταυτόχρονα στις ακραίες θέσεις οπότε δε θα συγκρούονται κάθε Τ/2. Κάνω λάθος;
Επανέρχομαι.
Μην μας παρασύρει το α΄ερώτημα.
Στο 2. δεν ζήτησα την επιστροφή στις αρχικές θέσεις.
Ναι είναι συνδυασμός πολλών πραγμάτων.
Α εντάξει Διονύση. Νόμιζα ότι ισχύει ταυτόχρονα και η απαίτηση να φτάνουν στις αρχικές θέσεις τους.
Συγγνώμη για το μπέρδεμα.
Καλησπέρα παιδιά.
Διονύση πως ξέρουμε ότι ουδέν σώμα θα προσπεράσει την κατακόρυφη;
Αν μετά από 20 κρούσεις το βαρύ λ.χ. συνεχίσει την κίνησή του;