1. Две тележки массами 2m и m движутся по инерции навстречу друг другу со скоростями 2v и v соответственно. После столкновения тележки сцепляются. Определите с какой скоростью и в каком направлении будут двигаться тележки после сцепления.
2. Тележка с песком общей массой 10 кг движется без трения по горизонтальной поверхности со скоростью 2 м/с. Вслед за тележкой летит шар массой 2 кг с горизонтальной скоростью 8 м/с. После попадания в песок шар застревает в нем. Какую скорость при этом приобретает тележка?
3. С лодки, движущейся со скоростью 3 м/с, человек бросает весло массой 4 кг с горизонтальной скоростью 9 м/с противоположно направлению движения лодки. С какой скоростью стала двигаться лодка после броска, если её масса вместе с массой человека равна 200 кг?
4. Какую скорость приобретает ракета массой 500 г, если продукты горения массой 15 г вылетают из нее со скоростью 800 м/с?
Дано:
m1 = 10 г = 0,01 кг
m2 = 5 кг
L = 1 м
а = 30*
Найти:
v1 = ?
После удара тела движутся вместе. Движение до и после можно описать уравнением закона сохранения импульса:
m1*v1 + m2*v2 = (m1 + m2)*U
Т.к. скорость подвешенного ящика до столкновения с пулей равна нулю, то:
m1*v1 = (m1 + m2)*U
Но чтобы найти скорость U, нам надо знать скорость v1 пули. Но она-то и является главным вопросом задачи! Кажется, что тут ничего не поделаешь - ведь даже второстепенную неизвестную не получится найти, не узнав ту неизвестную, которая и является вопросом задачи... Но можно воспользоваться законом сохранения энергии:
Применим его к той части движения, когда пуля и ящик уже столкнулись, т.е. к совместному движению. Получается, что в момент столкновения пули с ящиком система тел (пуля + ящик) имела следующие кинетическую и потенциальную энергии:
Т.е. потенциальная энергия была равна нулю, а кинетическая была максимальной. Следовательно, согласно закону сохранения энергии, как только система тел остановила своё движение, её кинетическая энергия стала равна нулю, а потенциальная стала максимальной, т.е. кинетическая полностью перешла в потенциальную, значит закон сохранения энергии в данном случае выглядит вот так:
Тогда, чтобы выразить потенциальную энергию, нам надо знать высоту, на которую поднялась система тел после столкновения пули с ящиком. Если система тел отклонилась на 30 градусов, а длина подвеса равна 1-му метру, то высота будет равна:
Тогда потенциальная энергия будет равна:
А теперь мы можем выразить U через закон сохранения импульса, который мы записали в самом начале:
m1*v1 = (m1 + m2)*U
и, приравняв энергии, можем выразить и найти скорость пули v1:
ответ: скорость пули равна примерно 823 м/с.
