Какое изменение импульса происходит у шарика массой 25 г, двигающегося со скоростью 20 м/с, при столкновении со стеной?

Для решения данной задачи нам понадобится использовать законы сохранения импульса и энергии.

Импульс (\(p\)) определяется как произведение массы (\(m\)) и скорости (\(v\)):

\[p = m \cdot v\]

Импульс является векторной величиной, поэтому при обращении его направление мы должны учесть знак.

Используем закон сохранения импульса: сумма импульсов до и после столкновения должна оставаться постоянной. Так как шарик сталкивается со стеной, его скорость изменяется наравне и противоположно направлений:

\(v_1 = - v_0\)

где \(v_1\) - скорость шарика после столкновения, \(v_0\) - скорость шарика до столкновения.

Поскольку столкновие является полностью упругим, энергия сохраняется. Из закона сохранения энергии мы знаем, что кинетическая энергия до столкновения равна кинетической энергии после столкновения:

\(\frac{1}{2} m v_0^2 = \frac{1}{2} m v_1^2\)

Подставим \(v_1 = - v_0\) и решим уравнение:

\(\frac{1}{2} m v_0^2 = \frac{1}{2} m (-v_0)^2\)

\(\frac{1}{2} m v_0^2 = \frac{1}{2} m v_0^2\)

Таким образом, кинетическая энергия до и после столкновения остаются равными.

Теперь рассчитаем изменение импульса (по модулю), используя первое уравнение:

\(\Delta p = |p_1| - |p_0|\)
\(\Delta p = m|v_1| - m|v_0|\)
\(\Delta p = m(v_0) - m(v_0)\)
\(\Delta p = 0\)

Значит, изменение импульса составляет 0.

Для расчета средней силы удара (\(F\)), воспользуемся вторым законом Ньютона:

\[F = \frac{\Delta p}{\Delta t}\]

где \(\Delta p\) - изменение импульса, \(\Delta t\) - продолжительность столкновения.

В данной задаче нам известно, что изменение импульса равно 0, а продолжительность столкновения равна 0,01 секунды. Подставим значения в формулу:

\[F = \frac{0}{0,01}\]

Это означает, что средняя сила удара также равна 0.

Таким образом, при столкновении со стеной импульс шарика не изменяется, а средняя сила удара равна 0.