Стоя на земле, эльф Леголас может подпрыгнуть на высоту h0 = 9 м. Он хочет запрыгнуть на башню высотой H = 13 м. Чтобы ему помочь, гном Гимли сбрасывает с башни камни с нулевой начальной скоростью. Леголас подпрыгивает и в верхней точке своей траектории, поравнявшись с первым камнем, отталкивается от него вверх. Далее всё повторяется: когда его скорость обращается в нуль, он отталкивается дальше от очередного камня. Какое количество камней придётся сбросить Гимли, чтобы Леголас оказался на башне? Леголас отталкивается от любой поверхности с фиксированной относительной скоростью. Он делает это быстро. Масса каждого камня в 10 раз больше, чем масса Леголаса. Сопротивлением воздуха пренебречь.
Определим, с какой скоростью u0 Леголас оттолкнулся от земли, чтобы подпрыгнуть на высоту h0 = 9 м,
Леголас встретится с первым камнем на высоте h0. Обозначим через hi высоту, на которой он оттолкнётся от (i + 1)-го камня. Скорость камня на этой высоте равна
Поскольку процесс отталкивания происходит быстро, импульс силы тяжести не успевает изменить импульс системы “камень-Леголас” за время их взаимодействия. Поэтому имеем
где m и M — массы Леголаса и камня соответственно, u — скорость Леголаса после прыжка, а V′ — новая скорость камня. Кроме того, по условию Леголас отталкивается относительно любой поверхности с одинаковой скоростью, поэтому
Решая систему из последних двух уравнений, получаем Имея такую скорость, Леголас сможет подняться вверх на высоту
Таким образом, он окажется на высоте
Выражение выше представляет собой рекуррентное соотношение, которое позволяет рассчитать высоту, на которую в итоге поднимается Леголас. Подставляя численные значения, с учётом того, что m/M = 0,1, получаем: h1 = 9,83 м, h2 = 11,05 м, h3 = 13,18 м. Таким образом, чтобы помочь Леголасу подняться на высоту H = 13 м, Гимли придётся сбросить три камня.
Ответ: Три камня.

