Question Number 71311 by ajfour last updated on 13/Oct/19
Commented by ajfour last updated on 13/Oct/19
$${Assuming}\:{elastic}\:{collision},\: \\ $$$${find}\:{d}_{{max}} \:\:{and}\:{corresponding} \\ $$$${value}\:{for}\:{x}. \\ $$
Answered by mr W last updated on 13/Oct/19
Commented by mr W last updated on 13/Oct/19
$$\alpha=\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\varphi \\ $$$$\theta=\varphi−\alpha=\mathrm{2}\varphi−\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$$\frac{{mu}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}={mg}\left({h}−{R}\:\mathrm{sin}\:\varphi\right) \\ $$$${u}=\sqrt{\mathrm{2}{g}\left({h}−{R}\:\mathrm{sin}\:\varphi\right)} \\ $$$$−{R}\:\mathrm{sin}\:\varphi={u}\:\mathrm{sin}\:\theta\:{t}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{gt}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{0}=−{R}\:\mathrm{sin}\:\varphi+{u}\:\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\varphi\:{t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{gt}^{\mathrm{2}} \\ $$$${t}=\frac{−{u}\:\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\varphi+\sqrt{{u}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{2}\varphi+\mathrm{2}{gR}\:\mathrm{sin}\:\varphi}}{{g}} \\ $$$${t}=\frac{−{u}\:\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\varphi+\sqrt{\mathrm{2}{g}\left({h}−{R}\:\mathrm{sin}\:\varphi\right)\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{2}\varphi+\mathrm{2}{gR}\:\mathrm{sin}\:\varphi}}{{g}} \\ $$$${d}+{R}−{R}\:\mathrm{cos}\:\varphi={u}\:\mathrm{cos}\:\theta\:{t} \\ $$$${d}+{R}−{R}\:\mathrm{cos}\:\varphi={u}\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\varphi\:{t} \\ $$$${d}={u}\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\varphi\:{t}−\left(\mathrm{1}−\mathrm{cos}\:\varphi\right){R} \\ $$$${d}=\mathrm{2}{R}\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\varphi\:\sqrt{\frac{{h}}{{R}}−\mathrm{sin}\:\varphi}\left\{−\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\varphi\sqrt{\frac{{h}}{{R}}−\mathrm{sin}\:\varphi}+\sqrt{\left(\frac{{h}}{{R}}−\mathrm{sin}\:\varphi\right)\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{2}\varphi+\mathrm{sin}\:\varphi}\right\}−\left(\mathrm{1}−\mathrm{cos}\:\varphi\right){R} \\ $$$${with}\:\eta=\frac{{h}}{{R}} \\ $$$$\frac{{d}}{{R}}=\mathrm{2}\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\varphi\:\sqrt{\eta−\mathrm{sin}\:\varphi}\left\{−\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\varphi\sqrt{\eta−\mathrm{sin}\:\varphi}+\sqrt{\left(\eta−\mathrm{sin}\:\varphi\right)\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{2}\varphi+\mathrm{sin}\:\varphi}\right\}+\mathrm{cos}\:\varphi−\mathrm{1} \\ $$$${S}=\frac{{d}}{{R}}=\mathrm{2}\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\varphi\left\{−\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\varphi\left(\eta−\mathrm{sin}\:\varphi\right)+\sqrt{\left[\left(\eta−\mathrm{sin}\:\varphi\right)\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{2}\varphi+\mathrm{sin}\:\varphi\right]\left(\eta−\mathrm{sin}\:\varphi\right)}\right\}+\mathrm{cos}\:\varphi−\mathrm{1} \\ $$$$\frac{{dS}}{{d}\varphi}=\mathrm{0}\:\Rightarrow\:{eqn}.\:{for}\:\varphi \\ $$$${example}: \\ $$$$\eta=\frac{{h}}{{R}}=\mathrm{4} \\ $$$$\Rightarrow\frac{{d}_{{max}} }{{R}}=\mathrm{6}.\mathrm{4529}\:{at}\:\varphi=\mathrm{64}.\mathrm{7775}° \\ $$
Commented by mr W last updated on 13/Oct/19
Commented by ajfour last updated on 13/Oct/19
$${Awfully}\:{complicated}\:{it}\:{gets}. \\ $$$${Thanks}\:{a}\:{lot}\:{Sir}.{Nevertheless}, \\ $$$${you}\:{are}\:{amazing}\:{sir}! \\ $$