В результате взрыва камень разлетелся на три куска. Два куска полетели под прямым углом друг к другу: кусок массой 1 кг со скоростью 12 м/с, кусок массой 2 кг со скоростью 8м/с. Третий кусок отлетел со скоростью 40 м/с. Какова масса третьего куска?
от

1 Ответ

Дано:
- Масса первого куска m1 = 1 кг
- Скорость первого куска V1 = 12 м/с
- Масса второго куска m2 = 2 кг
- Скорость второго куска V2 = 8 м/с
- Скорость третьего куска V3 = 40 м/с
- Масса третьего куска m3 (неизвестна)

Найти: массу третьего куска m3.

Решение:

1. По закону сохранения импульса суммарный импульс до и после взрыва должен быть одинаковым. Начальный импульс равен нулю, так как камень находился в покое до взрыва.

2. Значит, сумма импульсов всех трёх кусков также должна быть равна нулю:
   
   P_total = P1 + P2 + P3 = 0

   Импульс каждого куска можно рассчитать по формуле:
   P = m * V

3. Сначала запишем импульсы для двух известных кусков. Для удобства будем считать, что первый кусок движется вдоль оси X, а второй — вдоль оси Y:

   P1 = m1 * V1 = 1 кг * 12 м/с = 12 кг·м/с (по оси X)
   P2 = m2 * V2 = 2 кг * 8 м/с = 16 кг·м/с (по оси Y)

4. Теперь найдем импульс третьего куска P3, который будет направлен против векторов P1 и P2. Поскольку третий кусок имеет скорость 40 м/с, его импульс будет:

   P3 = m3 * V3

5. Чтобы найти направление этого импульса, используем теорему Пифагора, так как два первых куска движутся перпендикулярно друг к другу:

   Векторная сумма импульсов:
   P_total_x = P1 - P3x = 0
   P_total_y = P2 - P3y = 0

6. Запишем компоненты импульса третьего куска. Скорость может быть разложена на компоненты по осям X и Y:

   P3x = m3 * V3x
   P3y = m3 * V3y

   Зная скорость третьего куска, можем использовать соотношения треугольника:

   V3x = 40 * cos(θ)
   V3y = 40 * sin(θ)

   Однако мы не знаем угол θ. Вместо этого можем использовать сохранение импульса:
   
   12 = m3 * V3x
   16 = m3 * V3y

7. Для нахождения массы третьего куска воспользуемся вычислением модуля общего импульса:

   По оси X:
   12 - m3 * V3x = 0
   Поэтому:
   m3 * V3x = 12

   По оси Y:
   16 - m3 * V3y = 0
   Поэтому:
   m3 * V3y = 16

8. У нас есть два уравнения:
   m3 = 12 / V3x (1)
   m3 = 16 / V3y (2)

9. Используя теорему Пифагора:
   V3 = sqrt(V3x^2 + V3y^2)
   40 = sqrt((12/m3)^2 + (16/m3)^2)

   Возведем обе стороны в квадрат:
   1600 = (144/m3^2) + (256/m3^2)
   1600 = 400/m3^2
   m3^2 = 400/1600
   m3 = 2.5 кг

Ответ:
Масса третьего куска составляет 2.5 кг.
от