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Urto fra una pallina e un sistema massa-molla

Inviato: 14 lug 2020, 17:00
da Leonhard Euler
Una palla di massa è attaccata ad una molla di costante elastica e lunghezza a riposo . Una seconda palla di massa e velocità iniziale colpisce la molla.
Per quanto tempo la seconda palla rimane a contatto con la molla?
Quanto vale la distanza minima delle due masse?

Re: Urto fra una pallina e un sistema massa-molla

Inviato: 14 lug 2020, 23:03
da Luca Milanese
Fisso un sistema di riferimento cartesiano in cui le due masse e la molla si trovano lungo l'asse delle ascisse. La massa si trova in , la massa è in . L'asse è orientato in modo che sia . Finchè la seconda massa è a contatto con la molla, su di essa agisce una forza , essendo la lunghezza della molla. Su agisce la reazione . Scrivendo la seconda legge di Newton per entrambe le masse:

Moltiplico la prima equazione per e la seconda per , poi le sottraggo:
.
Ora pongo la distanza fra le due masse e la massa ridotta del sistema:
.
La soluzione di questa differenziale è una funzione della forma:
Da cui:


Imponendo che soddisfi l'equazione, si ricava e . Le costanti e sono determinate dalle condizioni iniziali:


Quindi:

Pertanto la massa si stacca dopo un tempo (tempo che passa dall'inizio a quando torna a valere ), e la minima distanza raggiunta fra le due masse è .

Re: Urto fra una pallina e un sistema massa-molla

Inviato: 16 lug 2020, 12:23
da Luca Milanese
Per curiosità, da dove hai preso il problema?

Re: Urto fra una pallina e un sistema massa-molla

Inviato: 16 lug 2020, 12:40
da Leonhard Euler
Luca Milanese ha scritto:
16 lug 2020, 12:23
Per curiosità, da dove hai preso il problema?
Tratto da un SNS orale del 2015, ti invito a risolvere anche l'altro problema (più complesso a mio parere).