Тяжёлое ядро падает с высоты 500 м без начальной скорости на горизонтальный участок поверхности Земли. На расстоянии 1200 м от точки его падения установлено орудие, которое стреляет таким же ядром. Под каким углом к горизонту нужно направить ствол орудия, чтобы при достаточно большой скорости выстрела ядра столкнулись?
от

1 Ответ

Дано:  
- Высота h = 500 м  
- Горизонтальное расстояние до орудия R = 1200 м  
- Ускорение свободного падения g = 9.81 м/с²  

Найти: угол θ, под которым нужно направить ствол орудия.

Решение:

1. Сначала найдем время падения ядра T с высоты h. Используем формулу для свободного падения:

h = (1/2) * g * T²,

где h = 500 м.

2. Перепишем уравнение:

T² = (2 * h) / g = (2 * 500) / 9.81 ≈ 101.83.

3. Найдем T:

T = sqrt(101.83) ≈ 10.09 с.

4. Теперь определим горизонтальную скорость v, с которой должно вылететь ядро из орудия. Поскольку ядро должно пролететь горизонтальное расстояние R за время T, то:

v = R / T = 1200 / 10.09 ≈ 119.05 м/с.

5. Теперь определим угол θ, под которым должно быть направлено ядро. Используем уравнение движения в вертикальном направлении:

y = v * sin(θ) * t - (1/2) * g * t²,

где y = 500 м (высота, которую должно достичь ядро).

6. Подставим известные значения:

500 = v * sin(θ) * T - (1/2) * g * T².

7. Подставим значения v и T:

500 = 119.05 * sin(θ) * 10.09 - (1/2) * 9.81 * (10.09)².

8. Упростим уравнение:

500 = 119.05 * sin(θ) * 10.09 - (1/2) * 9.81 * 101.83.

9. Вычислим второй член:

(1/2) * 9.81 * 101.83 ≈ 499.77,

10. Получим:

500 = 119.05 * sin(θ) * 10.09 - 499.77.

11. Преобразуем уравнение:

119.05 * sin(θ) * 10.09 = 500 + 499.77,
119.05 * sin(θ) * 10.09 = 999.77.

12. Найдем sin(θ):

sin(θ) = 999.77 / (119.05 * 10.09).

13. Вычислим значение:

sin(θ) = 999.77 / 1200.41 ≈ 0.832.

14. Теперь найдем угол θ:

θ = arcsin(0.832) ≈ 56.4°.

Ответ:  
Угол, под которым нужно направить ствол орудия, составляет примерно 56.4°.
от