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:
-
Начальное движение тележки: Тележка с кирпичами движется со скоростью . Общая масса тележки с кирпичами составляет .
-
Выпадение кирпича вниз: Через люк тележки выпадает кирпич массой , 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 остаётся прежней:
-
Масса тележки после выпадения кирпича: После того как один кирпич выпал, масса тележки и оставшихся кирпичей становится:
-
Падение второго кирпича: Теперь сверху на тележку падает второй кирпич массой , 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.
-
Применим закон сохранения импульса: Так как силы сопротивления пренебрежимо малы, горизонтальный импульс системы сохраняется. До падения второго кирпича горизонтальный импульс системы равен:
После того как кирпич падает на тележку, общая масса системы становится:
Пусть новая скорость тележки после падения кирпича равна . По закону сохранения импульса:
Так как импульс сохраняется, имеем:
Подставляем значения:
Отсюда находим :
-
Ответ: После падения второго кирпича тележка будет двигаться с модулем скорости .
Хочешь узнать больше о работе законов импульса? Вот несколько вопросов для размышления:
- Как изменение массы влияет на скорость при сохранении импульса?
- Почему выпадение кирпича не повлияло на скорость тележки?
- Как бы изменилась ситуация, если бы сопротивление воздуха было существенным?
- Что произошло бы, если бы второй кирпич упал не вертикально, а под углом?
- 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
Related Recommendation
Conservation of Momentum: Ball of Clay and Brick Collision
Velocity of Combined Masses After Inelastic Collision: 60 kg and 1800 kg Objects
Conservation of Momentum Problem: Speed of a Man After Shoving a Stone
Conservation of Momentum: Collision of Two Carts
Elastic Collision of Two Carts: Final Velocities Calculation