Физическая интуиция. Опрос.

[rockclimber]

Сейчас прикинул на бумажке, в случае отскока шарика при переходе с горки на горизонтальную поверхность шарик должен перелететь через стержень, но если он при этом вращался, то полет должен стать немного короче. В общем, моя интуиция буксует.
Ну и для интуитивного решения тут слишком много нюансов (для меня). Формулируйте четче и отправляйте в "олимпиадные", буду решать

[EUgeneUS]

rockclimber

Ответил в личку

[EUgeneUS]

Некоторые итоги.

1. Первым что-то подозревал - worm2. Но не стал додумывать свою мысль до конца.
2. Munin, после уточняющих вопросов по условиям, сразу описал характер процесса. Но за ответом предложил зайти утром.
3. Чуть ранее правильный ответ был прислал другим участником в личку, но после некоторой подсказки.
4. rockclimber написал ответ, но зачем-то собирался решать дальше.
5. На данный момент правильный ответ ни разу не отмечен в голосовании.

Если шарик не теряет энергию на трение качения (на трение скольжения - может) и на сопротивление воздуха, то попасть в качельки у него нет шансов. Он их перепрыгивает. Ответ - ноль градусов.

[Munin]

Главный итог: к интуиции это не имеет никакого отношения.

[svv]

Но Вы-то как раз почувствовали, что дело нечисто. А я честно решал задачу, в которой шарик скатывается и чудом нигде не отрывается.

[fred1996]

EUgeneUS
В вашей задачке столько несуразностей, что даже не знаю с какой начать.
1. Шарик после подпрыгивания продолжает вертеться. То есть у него нет шансов использовать энергию вращения
2. Пусть каким-то чудом он все-таки перестал вертеться после удара и превратил энергию вращения в трансляционную энергию. Он все-равно в верхней точке полета имеет горизонтальную составляющую скорости. А значит не может достичь начальной высоты
3. При запуске тела под 45 градусов оно достигает верхней точки на высоте в 4 меньшей, чем дальность полета. А у вас получается в 2 раза.

Это только самые основные несуразности, которые боросаются сразу в глаза.
Есть еще и более мелкие.

Вы написали, что удар абсолютно упругий. И нормальные люди подумали, что это про удар о стержень.
Вам надо было особо выделить, что удар об пол тоже абсолютно упругий. В противном случае в такого сорта задачах предполагается, что там вообще никакого удара нет.

Так что присоединяюсь к Muninу
Физическая интуиция здесь ни при чем.
Ну а правильный ответ тут 90 градусов. Что дает и прямой расчет и физическая интуиция без расчета.

PS
Так что от меня вам приз за максимально проявленную физическую антиинтуицию при составлении задачи.

[wrest]

fred1996 в сообщении #1234624 писал(а):

В вашей задачке столько несуразностей, что даже не знаю с какой начать.

Это отговорки. Во-первых, задача совершенно ясна с первого поста, а во-вторых, если вам не хватает условий, то в таких задачах не надо их выспрашивать (как это делал Munin), а надо предложить свои, разумные на ваш взгляд условия, и решить задачу с ними.

fred1996 в сообщении #1234624 писал(а):

Вам надо было особо выделить, что удар об пол тоже абсолютно упругий. В противном случае в такого сорта задачах предполагается, что там вообще никакого удара нет.

Вот у голосовавших шаблон и сработал, загубив интуицию на корню, поскольку "в такого сорта задачах..."

[EUgeneUS]

fred1996
Со всеми пронумерованными пунктами в Вашем посте - полностью согласен.
Небольшая ремарка по п.2, шарик не будет крутиться если коэффициент трения между ним и горкой - ноль.
UPD: и по пункту 3:

fred1996 в сообщении #1234624 писал(а):

3. При запуске тела под 45 градусов оно достигает верхней точки на высоте в 4 меньшей, чем дальность полета. А у вас получается в 2 раза.

Почему "у меня получается" в два раза?

Но не очень понял, где тут "несуразности"?

А теперь про интуицию. Одно из определений интуиции - это неосознанный опыт. А неосознанный опыт решения школьных и олимпиадных задач говорит, что условия задачи подаются в порядке развития процесса. В условиях действительно был подвох. Но сугубо психологический. Фраза "удар абсолютно упругий" была вставлена после фраз, описывающих геометрию маятника.
Поэтому многие решили, что это удар шарика о маятник (на самом деле - любой удар), который обязательно произойдет. А значит надо найти в условиях то, чего там нет (плавный переход горки в горизонтальную поверхность, или амортизаторы в шарике, которые погасят вертикальную скорость). Но от перестановки фраз условия задачи не перестали быть полными и корректными.

[fred1996]

EUgeneUS
В составлении такого сорта задач существуют негласные правила. Вы их нарушили в нескольких местах.
В частности, если речь идел о шарике, то у шарика в таких задачах есть две возможности.
Либо он скатывается без проскальзывания, либо присутствует трение скольжения. В любом случае он закручивается. В противном случае надо использовать обычный брусок, соскальзывающий без трения.
Понимаете, в задачах по физике очень много условностей, условных соглашений. Которые известны тем, кто составляет задачи и кто их решает. Если какая-то условность не соблюдается, ее необходимо специально оговаривать.
Иначе просто ни одну задачу невозможно решить. Кто знает, что там у автора на уме?
В вашей задаче, конечно, можно предположить, что одним из ответов будет то, что шарик перепрыгнет конструкцию. Что по крайней мере такая задумка была у автора. Но условия выбраны так, что это оказалось невозможным даже в отсутствие трения.
То есть в вашей постановке задача тогда сводится к тому, что шарик подпрыгнет, ударившись об пол, а затем пролетев, ударится о палку. И надо расчитать на какой высоте и с какой скоростью произойдет удар. Но это уже задача совсем не на интуицию, а на прямой расчет. Сомневаюсь, что в таком случае кто-то вообще способен проинтуичить.

-- 19.07.2017, 09:55 --

wrest
Вообще-то люди и мыслят шаблонами.
И чем большим числом шаблонов они владеют, тем богаче их "физическая интуиция".
Мы же тут говорим об известных вещах, а не о неизвестных науке явлениях.

-- 19.07.2017, 10:00 --

EUgeneUS
Есть формула, которую школьникам рекомендуется просто выучить наизусть:
$\frac{H}{S}=\frac{1}{4}\tg\alpha$
При угле в 45 градусов дальность полета в 4 раза превышает максимальную высоту. А у вас в 2 раза.

[EUgeneUS]

fred1996

fred1996 в сообщении #1234669 писал(а):

Если речь идел о шарике, то у шарика в таких задачах есть две возможности.
Либо он скатывается без проскальзывания, либо присутствует трение скольжения. В любом случае он закручивается.

Третья возможность - трения нет, шарик не закручивается. Но не суть. Этого, действительно, не было задано в условиях. Потому что при любом трении скольжения (но при трении качения - ноль, что подразумевалось, конечно) шарик перепрыгивает качельки.

fred1996 в сообщении #1234669 писал(а):

Но условия выбраны так, что это оказалось невозможным даже в отсутствие трения.

Условия выбраны так, что невозможен другой вариант (попадание шарика в стержень) при любом трении скольжения шарика о горку.

fred1996 в сообщении #1234669 писал(а):

То есть в вашей постановке задача тогда сводится к тому, что шарик подпрыгнет, ударившись об пол, а затем пролетев, ударится о палку

Почему это?

fred1996 в сообщении #1234669 писал(а):

И надо расчитать на какой высоте и с какой скоростью произойдет удар.

Высота палки задана в условиях, её не надо рассчитывать.

fred1996 в сообщении #1234669 писал(а):

Вообще-то люди и мыслят шаблонами.
И чем большим числом шаблонов они владеют, тем богаче их "физическая интуиция".

Полностью соглашусь. И добавлю - ещё важно правильно выбрать шаблон.

-- 19.07.2017, 21:10 --

fred1996 в сообщении #1234669 писал(а):

При угле в 45 градусов дальность полета в 4 раза превышает максимальную высоту. А у вас в 2 раза.

С формулой нисколько не спорю, верная она. Но почему же у меня получается в два раза? В два раза получается у тех, у кого шарик в качельки попадает, наверное.

[fred1996]

EUgeneUS
Я не понимаю, как ваш шарик, даже если он не вращается, может достичь высоты с которой он первоначально упал. Это противоречит закону сохранения энергии. Поскольку скорость шарика все время имеет горизонтальную составляющую.
То есть на самом деле в верхней точке полета в лучшем случае он достигнет половины первоначальной высоты. Где он и ударится о палку.

[EUgeneUS]

fred1996 в сообщении #1234693 писал(а):

Я не понимаю, как ваш шарик, даже если он не вращается, может достичь высоты с которой он первоначально упал.

А зачем ему это?

fred1996 в сообщении #1234693 писал(а):

То есть на самом деле в верхней точке полета в лучшем случае он достигнет половины первоначальной высоты. Где он и ударится о палку.

Там нет палки, палка на высоте $R$ от пола.

Моя большая ошибка в том, что поленился сразу приложить рисунок к задаче. Он есть в этом посте:

EUgeneUS в сообщении #1234307 писал(а):

Прилагаю рисунок к задаче.

-- 19.07.2017, 22:19 --

fred1996 в сообщении #1234693 писал(а):

Где он и ударится о палку.

В условиях это было, обращу внимание:

Цитата:

На расстоянии $h$ от основания горки подвешен маятник, в виде стержня массой $m$, подвешенного за концы (материал стержня - такой же, как у шарика).
Радиус стержня много меньше радиуса шарика.
Высота от горизонтальной поверхности до оси стержня - $R$. Высота от горизонтальной поверхности до точки подвеса маятника опять $h$.

Стержень подвешен за оба конца горизонтально по типу качелек, а не вертикально за один конец.

[Munin]

fred1996 в сообщении #1234624 писал(а):

Ну а правильный ответ тут 90 градусов.

Есть ещё знаменитый коэффициент ${}^5\!/\!_7$ :-)

[fred1996]

EUgeneUS
Я наконец то понял, всю глубину вашей мысли в этой задаче.
Мысль оказалась совсем неглубокой. , что и сбило с толку.

-- 19.07.2017, 12:40 --

Munin в сообщении #1234697 писал(а):

fred1996 в сообщении #1234624 писал(а):

Ну а правильный ответ тут 90 градусов.

Есть ещё знаменитый коэффициент ${}^5\!/\!_7$

Я то вообще другую задачу решал. Что маятник подвешен вертикально за один конец.
Сначала прочитал условие и вообще ничего не понял. Потом посмотрел на рисунок, из которого стало понятно, что жирная линия это и есть маятник. В общем дурят тут нашего брата.

Кстати, если сформулировать задачку так, как мне это показалось сперва, в ней, мне кажется, гораздо больше смысла и "физической интуиции" тоже.
Поясню.
Пусть шарик скатывается без проскальзывания и далее плавно катится без подпрыгиваний.
Потом ударяется об верткально подвешенный стержень.
Тогда поступательная энергия и имеет тот самый к-т 5/7. Далее, при абсолютно упругом ударе о стержень тот получает примерно 3/4 энергии. То есть общая энергия стержня будет примерно 15/28. То есть половина от начальной. Что и требуется для подъема ЦТ стержня на высоту $h$ от начальной $h/2$. На мой взгляд гораздо более физичная задача, чем задумал ТС. И она действительно требует некоторой интуиции, позволяющей оценить ответ в 5-10 секунд, а не на бумажке.

[Munin]

fred1996 в сообщении #1234719 писал(а):

Далее, при абсолютно упругом ударе о стержень тот получает примерно 3/4 энергии.

О, а почему?