Math Problem Statement

Те­леж­ка с кир­пи­ча­ми ка­тит­ся по инер­ции по го­ри­зон­таль­ным рель­сам, дви­га­ясь со ско­ро­стью 2 м/⁠с. Общая масса те­леж­ки и кир­пи­чей равна 100 кг. Со­про­тив­ле­ние дви­же­нию те­леж­ки пре­не­бре­жи­мо мало. В дне те­леж­ки от­кры­ва­ет­ся люк, через ко­то­рый вер­ти­каль­но вниз вы­па­да­ет кир­пич мас­сой 10 кг. Через не­ко­то­рое время на те­леж­ку свер­ху па­да­ет кир­пич такой же массы. Ско­рость этого кир­пи­ча в мо­мент па­де­ния на­прав­ле­на вниз пер­пен­ди­ку­ляр­но ско­ро­сти те­леж­ки. Най­ди­те мо­дуль ско­ро­сти, с ко­то­рой будет дви­гать­ся те­леж­ка после при­ли­па­ния к ней кир­пи­ча.

Solution

Рассмотрим задачу пошагово:

  1. Начальное движение тележки: Тележка с кирпичами движется со скоростью v0=2м/сv_0 = 2 \, \text{м/с}. Общая масса тележки с кирпичами составляет m0=100кгm_0 = 100 \, \text{кг}.

  2. Выпадение кирпича вниз: Через люк тележки выпадает кирпич массой m1=10кгm_1 = 10 \, \text{кг}, и его движение направлено вертикально вниз. Так как вектор скорости кирпича направлен вертикально, а тележка продолжает двигаться горизонтально, выпадение кирпича не влияет на горизонтальную скорость тележки. Таким образом, скорость тележки v1v_1 остаётся прежней:

    v1=v0=2м/сv_1 = v_0 = 2 \, \text{м/с}

  3. Масса тележки после выпадения кирпича: После того как один кирпич выпал, масса тележки и оставшихся кирпичей становится:

    m1=100кг10кг=90кгm_1 = 100 \, \text{кг} - 10 \, \text{кг} = 90 \, \text{кг}

  4. Падение второго кирпича: Теперь сверху на тележку падает второй кирпич массой m2=10кгm_2 = 10 \, \text{кг}, и его скорость в момент падения направлена вертикально вниз. До момента падения этот кирпич не имел горизонтальной скорости, но после удара он «прилипает» к тележке и начинает двигаться с ней.

  5. Применим закон сохранения импульса: Так как силы сопротивления пренебрежимо малы, горизонтальный импульс системы сохраняется. До падения второго кирпича горизонтальный импульс системы равен:

    pдо=m1v1=90кг2м/с=180кгм/сp_{\text{до}} = m_1 \cdot v_1 = 90 \, \text{кг} \cdot 2 \, \text{м/с} = 180 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}

    После того как кирпич падает на тележку, общая масса системы становится:

    mпосле=m1+m2=90кг+10кг=100кгm_{\text{после}} = m_1 + m_2 = 90 \, \text{кг} + 10 \, \text{кг} = 100 \, \text{кг}

    Пусть новая скорость тележки после падения кирпича равна v2v_2. По закону сохранения импульса:

    pпосле=mпослеv2p_{\text{после}} = m_{\text{после}} \cdot v_2

    Так как импульс сохраняется, имеем:

    pдо=pпослеp_{\text{до}} = p_{\text{после}}

    Подставляем значения:

    180кгм/с=100кгv2180 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} = 100 \, \text{кг} \cdot v_2

    Отсюда находим v2v_2:

    v2=180кгм/с100кг=1,8м/сv_2 = \frac{180 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}}{100 \, \text{кг}} = 1{,}8 \, \text{м/с}

  6. Ответ: После падения второго кирпича тележка будет двигаться с модулем скорости 1,8м/с1{,}8 \, \text{м/с}.


Хочешь узнать больше о работе законов импульса? Вот несколько вопросов для размышления:

  1. Как изменение массы влияет на скорость при сохранении импульса?
  2. Почему выпадение кирпича не повлияло на скорость тележки?
  3. Как бы изменилась ситуация, если бы сопротивление воздуха было существенным?
  4. Что произошло бы, если бы второй кирпич упал не вертикально, а под углом?
  5. Как можно применить закон сохранения импульса в других физических системах?

Совет: В задачах с сохранением импульса всегда важно учитывать направление движения и анализировать векторы скоростей.

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Physics
Mechanics
Conservation of Momentum

Formulas

p = m * v (momentum formula)
Conservation of Momentum: p_before = p_after

Theorems

Law of Conservation of Momentum

Suitable Grade Level

Grades 10-12