Вопрос задан 14.02.2025 в 20:18. Предмет Физика. Спрашивает Наконечный Максим.

Из пушки массой М= 2540 кг, находящейся у подножья наклонной плоскости, вылетает в горизонтальном направлении снаряд массы m= 12 кг. с начальной скоростью V0=800 м/с. На какую высоту поднимется пушка по наклонной плоскости в результате отдачи, если угол наклона плоскости равен =50 , а коэффициент трения пушки о плоскость равен k = 0,12?

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Стрельников Степан.

Для решения задачи воспользуемся законами сохранения энергии и импульса. Разберем ситуацию пошагово:

Шаг 1. Сохранение импульса при выстреле

Поскольку снаряд вылетает из пушки, пушка получает импульс в противоположном направлении. Закон сохранения импульса гласит:

M⋅Vp=m⋅V0,M \cdot V_p = m \cdot V_0,

где:

  • M=2540 кгM = 2540\ \text{кг} — масса пушки,
  • m=12 кгm = 12\ \text{кг} — масса снаряда,
  • V0=800 м/сV_0 = 800\ \text{м/с} — скорость снаряда,
  • VpV_p — скорость отдачи пушки.

Из формулы найдем VpV_p:

Vp=m⋅V0M.V_p = \frac{m \cdot V_0}{M}.

Подставим числа:

Vp=12⋅8002540≈3.78 м/с.V_p = \frac{12 \cdot 800}{2540} \approx 3.78\ \text{м/с}.

Шаг 2. Анализ движения пушки

После выстрела пушка движется вверх по наклонной плоскости, преодолевая силы трения и силы тяжести, пока её кинетическая энергия полностью не перейдет в потенциальную энергию и работу против трения.

Полная энергия пушки после выстрела:

Ek=M⋅Vp22.E_k = \frac{M \cdot V_p^2}{2}.

Подставим значения:

Ek=2540⋅(3.78)22≈18110 Дж.E_k = \frac{2540 \cdot (3.78)^2}{2} \approx 18110\ \text{Дж}.

На наклонной плоскости эта энергия расходуется на:

  1. Приобретение потенциальной энергии:
Ep=M⋅g⋅h,E_p = M \cdot g \cdot h,

где hh — высота, на которую поднимется пушка. 2. Работу против трения:

Aтр=Fтр⋅L,A_{\text{тр}} = F_{\text{тр}} \cdot L,

где:

  • Fтр=k⋅M⋅g⋅cos⁡αF_{\text{тр}} = k \cdot M \cdot g \cdot \cos\alpha — сила трения,
  • L=hsin⁡αL = \frac{h}{\sin\alpha} — длина пути пушки по наклонной плоскости.

Итого: начальная кинетическая энергия пушки равна сумме её потенциальной энергии и работы против трения:

M⋅Vp22=M⋅g⋅h+k⋅M⋅g⋅cos⁡α⋅hsin⁡α.\frac{M \cdot V_p^2}{2} = M \cdot g \cdot h + k \cdot M \cdot g \cdot \cos\alpha \cdot \frac{h}{\sin\alpha}.

Шаг 3. Выразим hh

Разделим обе стороны уравнения на MM:

Vp22=g⋅h+k⋅g⋅cos⁡α⋅hsin⁡α.\frac{V_p^2}{2} = g \cdot h + k \cdot g \cdot \cos\alpha \cdot \frac{h}{\sin\alpha}.

Вынесем hh за скобки:

Vp22=h⋅g⋅(1+k⋅cos⁡αsin⁡α).\frac{V_p^2}{2} = h \cdot g \cdot \left(1 + \frac{k \cdot \cos\alpha}{\sin\alpha}\right).

Выразим hh:

h=Vp22g⋅(1+k⋅cos⁡αsin⁡α).h = \frac{\frac{V_p^2}{2}}{g \cdot \left(1 + \frac{k \cdot \cos\alpha}{\sin\alpha}\right)}.

Шаг 4. Подставим числа

Дано:

  • g=9.8 м/с2g = 9.8\ \text{м/с}^2,
  • k=0.12k = 0.12,
  • α=50∘\alpha = 50^\circ, sin⁡50∘≈0.766\sin50^\circ \approx 0.766, cos⁡50∘≈0.643\cos50^\circ \approx 0.643,
  • Vp≈3.78 м/сV_p \approx 3.78\ \text{м/с}.

Подставим значения:

h=(3.78)229.8⋅(1+0.12⋅0.6430.766).h = \frac{\frac{(3.78)^2}{2}}{9.8 \cdot \left(1 + \frac{0.12 \cdot 0.643}{0.766}\right)}.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос