Из шланга под углом 30° к горизонту бьет струя воды с начальной скоростью 15 м/с. Площадь сечения шланга 1 см2. Определите массу воды в струе, находящейся в воздухе.
от

1 Ответ

Дано:  
- начальная скорость V0 = 15 м/с  
- угол α = 30°  
- площадь сечения S = 1 см² = 1 * 10^(-4) м²  
- ускорение свободного падения g = 9.8 м/с².

Найти:  
- массу воды в струе, находящейся в воздухе.

Решение:

1. Для начала найдём время, в течение которого струя воды будет находиться в воздухе до достижения максимальной высоты. Это время можно найти из уравнения вертикального движения.

   Вертикальная составляющая скорости V0y:
   V0y = V0 * sin(α) = 15 * sin(30°) = 15 * 0.5 = 7.5 м/с.

2. Время до достижения максимальной высоты t1 можно найти, используя формулу:
   V = V0y - g * t1,
   где V = 0 (в момент достижения максимальной высоты).

   0 = 7.5 - 9.8 * t1  
   t1 = 7.5 / 9.8 ≈ 0.765 секунды.

3. Полное время полета t будет равно времени подъема и времени спуска. Так как подъем и спуск симметричны, общее время полета:
   t = 2 * t1 = 2 * 0.765 ≈ 1.53 секунды.

4. Найдем объем воды, который выходит из шланга за это время. Объем V можно найти по формуле:
   V = S * V0 * cos(α) * t,
   где V0x = V0 * cos(α) = 15 * cos(30°) = 15 * (√3/2) ≈ 12.99 м/с.

   Подставляем все известные значения:
   V = (1 * 10^(-4)) * 12.99 * 1.53 ≈ 2.0 * 10^(-4) м³.

5. Найдем массу воды m, используя плотность воды ρ = 1000 кг/м³:
   m = ρ * V = 1000 * 2.0 * 10^(-4) = 0.2 кг.

Ответ:  
Масса воды в струе, находящейся в воздухе, составляет 0.2 кг.
от