AstroReality(星球模型)是一款非常流行的儿童玩具,如图甲所示,它是由一组大小、质量各不相同的硬质弹性小球组成,采用3D打印技术真实还原不同星球的美妙纹理,弹性极强,深受小朋友们的喜爱。
某兴趣小组的同学利用它们进行了若干次碰撞实验。所有碰撞都可认为是弹性碰撞,重力加速度大小为
g,忽略空气阻力影响,小球均可视为质点。试讨论以下问题:
(1)第一次实验他们将一个质量为
m1的小球1从距离地面高度
h处由静止释放,如图乙所示。通过查阅资料他们估计出了球与地面的作用时间,用

表示。求球落地时的速度大小,以及碰撞过程中地面给球的平均作用力大小。
(2)第二次实验他们将质量为
m1的1球和质量为
m2的2球分别从距离地面
h高处和5
h高处由静止释放,两球的质量关系为
m1=
km2,如图丙所示。两球碰撞以后2球被反弹,从碰撞点算上升的最大高度为
h,求
k的值。
(3)第三次实验他们将(2)中的2球放在1球的顶上,让这两个球一起从距离地面高
h处自由下落并撞击地面,如图丁所示。他们惊奇的发现球2反弹的高度超过了释放时的高度,试求此种情况下小球2被反弹的高度。他们猜想若2球质量越小被反弹的高度越高,试从理论角度分析:若
m1>>
m2时2球能达到的最大高度。
(4)受(3)的启示,他们设想了一个超球实验:将三个球紧贴从距离地面
h高处由静止释放,由下至上三球的质量分别为
m1、
m2和
m3,且满足
m1>>
m2>>
m3,如图戊所示。他们设想3球可以被反弹到很高的高度,试估算此高度。