РУҚА
Задания № 28, 29 · ЕГЭ

Абсолютно неупругое столкновение в двумерном случае

Как применять закон сохранения импульса, если после удара тела движутся вместе под углом
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Абсолютно неупругое столкновение — это удар, после которого тела соединяются и дальше движутся как одно целое. В двумерной задаче их общая скорость может быть направлена под углом к первоначальным скоростям, поэтому закон сохранения импульса нужно записывать отдельно для двух взаимно перпендикулярных осей.

Определение и основной закон

Абсолютно неупругое соударение — предельный вид удара, при котором после взаимодействия тела движутся с одной и той же скоростью \(\vec V\). Они могут сцепиться, слипнуться или просто продолжить совместное движение. Механическая энергия при этом обычно уменьшается, но полный импульс замкнутой системы сохраняется.

D
Абсолютно неупругое столкновение

После удара скорости тел одинаковы: \(\vec v_1'=\vec v_2'=\vec V\). Масса движущегося тела после удара равна \(m_1+m_2\).

T
Закон сохранения импульса

Если внешним импульсом сил за время удара можно пренебречь, векторная сумма импульсов до столкновения равна векторной сумме импульсов после него: \(\vec p_{\text{до}}=\vec p_{\text{после}}\).

\[m_1\vec v_1+m_2\vec v_2=(m_1+m_2)\vec V\]1

Векторное равенство нельзя заменять сложением только модулей: направления скоростей имеют такое же значение, как и их численные значения. Перед решением удобно прочитать закон сохранения импульса в двумерном движении.

\(m\)
масса
кг
\(v, V\)
скорость
м/с
\(p\)
импульс
кг·м/с
\(α, β, θ\)
угол
рад или °

Разложение импульса по осям

Выберем ось \(Ox\) горизонтально, а ось \(Oy\) вертикально. Если тело движется под углом \(α\) к положительному направлению оси \(Ox\), то его скорость имеет компоненты \(v_x=v\cos α\) и \(v_y=v\sin α\). Знак компоненты определяется направлением движения: влево или вниз соответствующая проекция отрицательна.

xyvα
Скорость \(\vec v\) и её проекции на оси координат.
\[\begin{cases}m_1v_{1x}+m_2v_{2x}=(m_1+m_2)V_x,\\m_1v_{1y}+m_2v_{2y}=(m_1+m_2)V_y.\end{cases}\]2

После нахождения \(V_x\) и \(V_y\) модуль и направление общей скорости вычисляют так:

\[V=\sqrt{V_x^2+V_y^2},\qquad \tan\theta=\frac{V_y}{V_x}.\]3
Удобный выбор осей

Если одна из скоростей направлена горизонтально, направьте ось \(Ox\) вдоль неё. Тогда у этого тела вертикальная проекция равна нулю, и уравнения становятся короче.

Алгоритм решения задачи

  1. Сделайте схему и укажите направления скоростей до удара и общей скорости после него.
  2. Выберите оси координат и запишите проекции всех скоростей с учётом знаков.
  3. Составьте два уравнения закона сохранения импульса: для \(Ox\) и для \(Oy\).
  4. Найдите \(V_x\) и \(V_y\), затем модуль \(V\) и угол \(θ\).
  5. Проверьте единицы, направление и физический смысл результата.
Микро-проверка

Два тела после удара движутся вместе. Как записать импульс системы после столкновения?

Разобранный пример

Тележка массой \(m_1=2\ кг\) движется со скоростью \(v_1=3\ м/с\) вправо. На неё налетает тележка массой \(m_2=1\ кг\) со скоростью \(v_2=4\ м/с\) вверх. После столкновения тележки сцепляются. Найдём скорость общего движения.

№
Дано

Направим \(Ox\) вправо, а \(Oy\) вверх. Тогда \(v_{1x}=3\ м/с\), \(v_{1y}=0\), \(v_{2x}=0\), \(v_{2y}=4\ м/с\).

1
Записываем сохранение импульса по оси \(Ox\).
\(\displaystyle m_1v_{1x}+m_2v_{2x}=(m_1+m_2)V_x\)
2
Подставляем данные и находим горизонтальную компоненту общей скорости.
\(\displaystyle 2\cdot3+1\cdot0=3V_x\quad\Rightarrow\quad V_x=2\ м/с\)
3
Записываем сохранение импульса по оси \(Oy\).
\(\displaystyle m_1v_{1y}+m_2v_{2y}=(m_1+m_2)V_y\)
4
Подставляем данные и находим вертикальную компоненту.
\(\displaystyle 2\cdot0+1\cdot4=3V_y\quad\Rightarrow\quad V_y=\frac{4}{3}\ м/с\)
5
Находим модуль общей скорости.
\(\displaystyle V=\sqrt{2^2+\left(\frac43\right)^2}=\frac{\sqrt{52}}{3}\approx2{,}40\ м/с\)
6
Находим угол к горизонтали.
\(\displaystyle \tan\theta=\frac{V_y}{V_x}=\frac{4/3}{2}=\frac23\quad\Rightarrow\quad\theta\approx34^\circ\)

Ответ: после удара тележки движутся вместе со скоростью примерно \(2{,}40\ м/с\) под углом \(34^\circ\) к направлению движения первой тележки.

\[\boxed{V\approx2{,}40\ \text{м/с},\quad \theta\approx34^\circ}\]4

Заметим, что кинетическая энергия не сохранилась. Её изменение можно рассчитать по материалу о потере энергии при столкновении, но для нахождения скорости достаточно закона сохранения импульса.

Частные случаи и проверка ответа

Если тела движутся навстречу друг другу по одной прямой, это фактически одномерный случай: одной из скоростей присваивают отрицательный знак. Если импульсы тел до удара взаимно компенсируются, то \(\vec V=0\): сцепившиеся тела остановятся. Если одно тело покоится, его скорость до столкновения равна нулю, но его масса всё равно входит в сумму \(m_1+m_2\).

!
Частые ошибки

1. Складывать модули импульсов вместо векторов. 2. Забывать, что после удара масса равна \(m_1+m_2\). 3. Терять минус у проекции тела, движущегося влево или вниз. 4. Использовать закон сохранения кинетической энергии: при абсолютно неупругом ударе он, как правило, не выполняется. 5. Находить угол как \(\arctan(V_x/V_y)\) вместо \(\arctan(V_y/V_x)\) при отсчёте от оси \(Ox\).

Формула для произвольных направлений

Если скорости заданы углами \(α\) и \(β\) к оси \(Ox\), сначала используйте \(v_{ix}=v_i\cos α_i\) и \(v_{iy}=v_i\sin α_i\), а затем применяйте два уравнения проекций. Это надёжнее, чем пытаться сразу работать с углами.

При нецентральном ударе направление общего движения определяется результирующим импульсом; полезное продолжение темы — импульс при нецентральном столкновении. Связь с движением системы в целом рассматривается также в теме центр масс при соударении.

Quick-test

Q
Быстрый тест по теме

Проверьте себя

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · основной закон
Какая величина сохраняется при столкновении замкнутой системы?
Главное за минуту

Главное

  • При абсолютно неупругом столкновении тела после удара движутся вместе с общей скоростью \(\vec V\).
  • Основное уравнение: \(m_1\vec v_1+m_2\vec v_2=(m_1+m_2)\vec V\).
  • В двумерной задаче закон сохранения импульса записывают отдельно по осям \(Ox\) и \(Oy\).
  • После нахождения \(V_x\) и \(V_y\) используют \(V=\sqrt{V_x^2+V_y^2}\) и \(\tan\theta=V_y/V_x\).
  • Кинетическая энергия при таком ударе обычно не сохраняется, поэтому не следует приравнивать энергии до и после столкновения.