既然说明collision是弹性的,那么恢复系数是1,结合动量守恒就可以算出对应的速度。
接近速度v=√2gL,质心速度=√2gL
碰撞以后质心速度不变,而质心系中动量守恒。取水平向右方向为正方向,那么由弹性碰撞可以得到(设M速度为v2,m速度为v1)
(v2-v1)/√2gL=e=1
由动量守恒,m√2gL=Mv2+mv1
带入M=4m
可以解得v2=2√2/5*√gL(五分之二倍根号二的√gL)
顺便还可以得到v1=-3√2/5*√gL,证明此时v1方向为向左的
另外能量守恒方程和恢复系数方程是等价的,参考质心系中的碰撞。
至于第三问,你就算出啥时候v1和v2同号就行了……