Самолёт летит горизонтально по прямой со скоростью 300 м/с на высоте 6 км. В тот момент, когда он пролетает точно над зенитным орудием, установленном на поверхности Земли, с него сбрасывают тяжёлое ядро, а орудие производит выстрел. Скорость вылета снаряда из орудия равна 500 м/с, и снаряд попадает точно в ядро. Пренебрегая сопротивлением воздуха, найдите время полёта снаряда.
от

1 Ответ

Дано:  
- Высота h = 6 км = 6000 м  
- Скорость самолета v1 = 300 м/с  
- Скорость вылета снаряда v2 = 500 м/с  

Найти: время полета снаряда t.

Решение:

1. Для определения времени полета снаряда необходимо учесть, что снаряд должен преодолеть вертикальную высоту h, равную 6000 м. Снаряд движется вертикально вверх с начальной скоростью v2 = 500 м/с.

2. Уравнение движения для свободного падения можно записать как:

h = v2 * t - (1/2) * g * t^2,

где g = 9,81 м/с² — ускорение свободного падения.

3. Перепишем уравнение:

0 = -(1/2) * g * t^2 + v2 * t - h.

4. Подставим значения:

0 = -(1/2) * 9,81 * t^2 + 500 * t - 6000.

5. Упрощаем уравнение:

0 = -4.905t^2 + 500t - 6000.

6. Умножим все уравнение на -1 для удобства:

0 = 4.905t^2 - 500t + 6000.

7. Используем формулу квадратного уравнения:

t = [ -b ± sqrt(b^2 - 4ac] / (2a),

где a = 4.905, b = -500, c = 6000.

8. Подставим значения a, b и c:

D = b^2 - 4ac = (-500)^2 - 4 * 4.905 * 6000
= 250000 - 117720
= 132280.

9. Теперь найдем корни уравнения:

t = [500 ± sqrt(132280)] / (2 * 4.905).

10. Вычислим дискриминант:

sqrt(132280) ≈ 364.14.

11. Подставим дискриминант в формулу:

t = [500 ± 364.14] / 9.81.

12. Найдем два возможных значения t:

t1 = (500 + 364.14) / 9.81 ≈ 88.1 с,  
t2 = (500 - 364.14) / 9.81 ≈ 13.83 с.

Поскольку нас интересует время полета снаряда до момента удара, выберем более короткое время:

Ответ:  
Время полета снаряда составляет примерно 13.83 секунды.
от