Superpallo
Insinööriosastojen valintakoetehtävä vuodelta 1994
Superpallo, joka pudotetaan
lattialle, pomppii koskettaen lattiaa ajanhetkinä ti(i = 1, 2, . . . ). Jos hetkellä
ti(i = 1, 2, . . . ) pallon törmäysnopeus lattiaan on v
ja kimmahdusnopeus lattiasta v
,
voidaan olettaa (kun ilmanvastus jätetään ottamatta huomioon), että v
= v
ja että ti+1 - ti = kv
, missä k on vakio. Laske, kuinka kauan pallo pomppii
ajanhetken t1 jälkeen, kun jokaisessa lattiaan törmäyksessä pallo menettää 5 %
liike-energiastaan ja kun ensimmäinen pomppu kestää ajan t2 - t1 = 0.6 s. Ilmoita vastaus
sekunteina yhden desimaalin tarkkuudella. (Liike-energian kaava on E =
mv2.)
Ratkaisu
Pallolla on liike-energiaa (törmäyksen jälkeen)
1. pompussa | m(v )2, |
2. pompussa | m(v )2 = 0.95 . m(v )2 = 0.95 . m(v )2, |
| |
n. pompussa | m(v )2 = (0.95)n-1 . m(v )2, |
|
joten yleisesti
v
= v
(
)n-1, n = 1, 2, . . .
Koska 1. pomppuun kuluu aika t2 - t1 = kv
= 0.6, saadaan n. pomppuun kuluvaksi
ajaksi
tn+1 - tn = kv
= kv
(
)n-1 = 0.6(
)n-1.
Tällöin kokonaisaika (päättymättömän suppenevan geometrisen sarjan summana)
on
0.6 + 0.6
+ 0.6(
)2 + . . . =
23.7s.