Вопрос задан 29.01.2025 в 21:00. Предмет Физика. Спрашивает Борисовская Лиза.

Снаряд массой50 кг, летящий вдоль рельсов со скоростью 600 м/с, попадает в платформу с песком массой 10 т и застревает в песке. Скорость снаряда в момент падения образует угол 45° с горизонтом. Чему равна скорость платформы после попадания снаряда, если платформа движется навстречу снаряду со скоростью 10 м/с?

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Власова Лена.

Для решения этой задачи используем закон сохранения импульса, так как в данном случае не учитываются внешние силы (предполагается, что они малы по сравнению с внутренними силами взаимодействия). Поскольку платформа движется навстречу снаряду, важно учитывать направление и проекцию скорости каждого объекта на оси xx и yy.

Дано:

  • Масса снаряда m=50кгm = 50 \, \text{кг}
  • Скорость снаряда v=600м/сv = 600 \, \text{м/с}
  • Угол между направлением скорости снаряда и горизонтом α=45\alpha = 45^\circ
  • Масса платформы с песком M=10т=10000кгM = 10 \, \text{т} = 10000 \, \text{кг}
  • Скорость платформы V=10м/сV = -10 \, \text{м/с} (минус показывает, что платформа движется навстречу снаряду)

Обозначим конечную скорость системы "снаряд + платформа" как VобщV_{\text{общ}}.

Шаг 1: Найдем горизонтальную и вертикальную составляющие импульса снаряда

Скорость снаряда имеет угол 45° с горизонтом, поэтому его импульс можно разложить на горизонтальную (pxp_{x}) и вертикальную (pyp_{y}) составляющие.

Импульс снаряда:

pснаряда=mvp_{\text{снаряда}} = m \cdot v

Горизонтальная составляющая:

px=mvcosα=50600cos45=5060022=506000,707=21213,6кгм/сp_{x} = m \cdot v \cdot \cos \alpha = 50 \cdot 600 \cdot \cos 45^\circ = 50 \cdot 600 \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} = 50 \cdot 600 \cdot 0{,}707 = 21213{,}6 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}

Вертикальная составляющая:

py=mvsinα=50600sin45=5060022=506000,707=21213,6кгм/сp_{y} = m \cdot v \cdot \sin \alpha = 50 \cdot 600 \cdot \sin 45^\circ = 50 \cdot 600 \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} = 50 \cdot 600 \cdot 0{,}707 = 21213{,}6 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}

Шаг 2: Найдем импульс платформы до столкновения

Так как платформа движется горизонтально, ее импульс направлен только по оси xx:

pплатформы=MV=10000(10)=100000кгм/сp_{\text{платформы}} = M \cdot V = 10000 \cdot (-10) = -100000 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}

Шаг 3: Применим закон сохранения импульса

Закон сохранения импульса для горизонтальной и вертикальной составляющих:

  1. По оси xx:

    mvcosα+MV=(M+m)Vобщ,xm \cdot v \cdot \cos \alpha + M \cdot V = (M + m) \cdot V_{\text{общ}, x}

    Подставим значения:

    21213,6100000=(10000+50)Vобщ,x21213{,}6 - 100000 = (10000 + 50) \cdot V_{\text{общ}, x} Vобщ,x=78786,4100507,84м/сV_{\text{общ}, x} = \frac{-78786{,}4}{10050} \approx -7{,}84 \, \text{м/с}
  2. По оси yy:

    mvsinα=(M+m)Vобщ,ym \cdot v \cdot \sin \alpha = (M + m) \cdot V_{\text{общ}, y}

    Подставим значения:

    21213,6=(10000+50)Vобщ,y21213{,}6 = (10000 + 50) \cdot V_{\text{общ}, y} Vобщ,y=21213,6100502,11м/сV_{\text{общ}, y} = \frac{21213{,}6}{10050} \approx 2{,}11 \, \text{м/с}

Шаг 4: Найдем итоговую скорость платформы после попадания снаряда

Итоговая скорость VобщV_{\text{общ}} системы "платформа + снаряд" будет равна векторной сумме горизонтальной и вертикальной составляющих:

Vобщ=Vобщ,x2+Vобщ,y2V_{\text{общ}} = \sqrt{V_{\text{общ}, x}^2 + V_{\text{общ}, y}^2}

Подставим значения:

Vобщ=(7,84)2+(2,11)2V_{\text{общ}} = \sqrt{(-7{,}84)^2 + (2{,}11)^2}

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос