$$\put \begin{cases}
r:\text{red}\\
b:\text{blue}
\end{cases} $$
$$ \begin{cases}
v_i&=4.00\ut{m/s}\\
\theta&=40.0\degree\\
\end{cases} $$
$$ \begin{cases}
v_{ri}&=v_i\cos\theta\i+v_i\sin\theta\j\\
v_{bi}&=v_i\cos\theta\i-v_i\sin\theta\j\\
\end{cases} $$
$$ \Delta p_x = 0, $$
$$ \begin{cases}
p_{rix}=p_{rfx}\\
p_{bix}=p_{bfx}\\
\end{cases} $$
$$ \put \begin{cases}
v_{\text{in}}&=\vec v_{ri}-\vec v_{bi}=v_{riy}-v_{biy}\\
v_{\text{out}}&=\vec v_{rf}-\vec v_{bf}=v_{rfy}-v_{bfy}\\
\end{cases} $$
$$ \begin{aligned}
v_{\text{in}}&=v_{riy}-v_{biy}\\
&=v_{ri}\sin\theta_r-v_{bi}\sin\theta_b\\
&=v_{i}\sin\theta-(-v_{i}\sin\theta)\\
&=2v_{i}\sin\theta\taag1\\
\end{aligned} $$
$$\Delta \Sigma \vec p=0,$$
$$ \begin{aligned}
\Sigma \vec p_i&=\Sigma \vec p_f\\
m\vec v_{ri}+m\vec v_{bi}&=m\vec v_{rf}+mv_{bf}\\
\vec v_{ri}+\vec v_{bi}&=\vec v_{rf}+v_{bf}\\
v_{riy}+v_{biy}&=v_{rfy}+v_{bfy}\\
v_{riy}+(-v_{riy})&=v_{rfy}+v_{bfy}\\
0&=v_{afy}+v_{bfy}\\
\end{aligned} $$
$$ \begin{cases}
v_{rfy}&=\cfrac{v_{\text{out}}}{2}\\
v_{bfy}&=-\cfrac{v_{\text{out}}}{2}\\
\end{cases} $$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=v_{rix}\i+\cfrac{v_{\text{out}}}{2}\j\\
\vec v_{bf}&=v_{bix}\i-\cfrac{v_{\text{out}}}{2}\j\\
\end{cases} $$
$$\ab{a}$$
$$ \text{Perfectly Inelastic Collision}\Harr\vec v_{\text{out}}=0,$$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=v_{rix}\i\\
\vec v_{bf}&=v_{bix}\i\\
\end{cases} $$
$$\text{on Axis }x$$
$$\ab{b}$$
$$ \text{Elastic Collision}\Harr \vec v_{\text{out}}=-\vec v_{\text{in}},$$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=v_{rix}\i-\cfrac{v_{\text{in}}}{2}\j\\
\vec v_{bf}&=v_{bix}\i+\cfrac{v_{\text{in}}}{2}\j\\
\end{cases} $$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=v_{ri}\cos\theta\i-\cfrac{2v_{i}\sin\theta}{2}\j\\
\vec v_{bf}&=v_{bi}\cos\theta\i+\cfrac{2v_{i}\sin\theta}{2}\j\\
\end{cases} $$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=v_{i}\cos\theta\i-v_{i}\sin\theta\j\\
\vec v_{bf}&=v_{i}\cos\theta\i+v_{i}\sin\theta\j\\
\end{cases} $$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=\vec v_{bi}\\
\vec v_{bf}&=\vec v_{ri}\\
\end{cases} $$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=\text{On Blue Line : 3}\\
\vec v_{bf}&=\text{On Red Line : 2}\\
\end{cases} $$
$$\ab{c}$$
$$ \text{Inelastic Collision}\Harr -v_{\text{in}}\lt v_{\text{out}}\lt 0,$$
$$ -2v_{i}\sin\theta\lt v_{\text{out}}\lt 0\\
-v_{i}\sin\theta\lt \frac{v_{\text{out}}}{2}\lt 0\\
-v_{iy}\lt \frac{v_{\text{out}}}{2}\lt 0\\
-v_{iy}\lt v_f\lt 0\\
$$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=v_{rix}\i+\cfrac{v_{\text{out}}}{2}\j\\
\vec v_{bf}&=v_{bix}\i-\cfrac{v_{\text{out}}}{2}\j\\
\end{cases} $$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=v_{rix}\i-v_f\j\\
\vec v_{bf}&=v_{bix}\i+v_f\j\\
\end{cases} $$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=\text{In Area C}\\
\vec v_{bf}&=\text{In Area B}\\
\end{cases} $$
$$\ab{d}$$
$$ \text{Perfectly Inelastic Collision}\Harr\vec v_{\text{out}}=0,$$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=v_{rix}\i\\
\vec v_{bf}&=v_{bix}\i\\
\end{cases} $$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=v_{i}\cos\theta\i\\
\vec v_{bf}&=v_{i}\cos\theta\i\\
\end{cases} $$
$$ \begin{aligned}
v_f&=v_{rf}=\vec v_{bf}\\
&=v_{i}\cos\theta\\
&=4\cos40\degree\\
&\approx 3.064177772475912\ut{m/s}\\
&\approx 3.06\ut{m/s}\\
\end{aligned} $$
$$\ab{e}$$
$$ \text{Elastic Collision}\Harr \vec v_{\text{out}}=-\vec v_{\text{in}},$$
$$ \begin{cases}
\vec v_{rf}&=\vec v_{bi}\\
\vec v_{bf}&=\vec v_{ri}\\
\end{cases} $$
$$ \begin{aligned}
v_f&=v_i\\
&=4.00\ut{m/s}\\
\end{aligned} $$
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