Пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 400 м/с, попадает в подвешенный на нити длиной 70 см деревянный шар массой 4 кг и застревает в нём.
а)  На какую высоту поднимется шар?
б)  На какой угол отклонится нить?
в)  Какое количество теплоты выделится при ударе?
от

1 Ответ

дано:  
масса пули m1 = 0,01 кг (10 г),  
скорость пули v1 = 400 м/с,  
масса шара m2 = 4 кг,  
длина нити L = 0,7 м (70 см).

найти:  
а) на какую высоту поднимется шар?  
б) на какой угол отклонится нить?  
в) какое количество теплоты выделится при ударе?

решение:  
а) Сначала найдем общую массу системы после удара:

m_общая = m1 + m2 = 0,01 + 4 = 4,01 кг.

Используем закон сохранения импульса для нахождения скорости V сразу после удара:

m1 * v1 = m_общая * V,  
0,01 * 400 = 4,01 * V,  
4 = 4,01 * V.

Таким образом,  
V = 4 / 4,01 ≈ 0,9965 м/с.

Теперь используем закон сохранения энергии. Вся кинетическая энергия будет преобразована в потенциальную энергию на высоте h:

Eкин = Eпот,  
(1/2) * m_общая * V^2 = m_общая * g * h.

Сократим m_общая:

(1/2) * V^2 = g * h.

h = (1/2) * V^2 / g.  
Подставляем значения:

h = (1/2) * (0,9965)^2 / 9,81  
  = 0,4983 / 9,81  
  ≈ 0,0508 м.

ответ:  
шар поднимется на 0,0508 м.

б) Используя тригонометрические соотношения, найдем угол отклонения нити θ. Высота поднятия равна h, а длина нити L:

cos(θ) = (L - h) / L.

Подставив значения:

cos(θ) = (0,7 - 0,0508) / 0,7  
        ≈ 0,692.

Теперь найдем угол θ:

θ = arccos(0,692) ≈ 43,6°.

ответ:  
нить отклонится на угол 43,6°.

в) Теперь найдем количество теплоты Q, выделившееся при ударе. Это разница между первоначальной кинетической энергией пули и конечной кинетической энергией системы:

Q = Eкин_нач - Eкин_конеч.

Eкин_нач = (1/2) * m1 * v1^2  
          = (1/2) * 0,01 * (400)^2  
          = (1/2) * 0,01 * 160000  
          = 800 Дж.

Eкин_конеч = (1/2) * m_общая * V^2  
           = (1/2) * 4,01 * (0,9965)^2  
           = (1/2) * 4,01 * 0,9930  
           = 1,992 Дж.

Теперь вычислим Q:

Q = 800 - 1,992 = 798,008 Дж.

ответ:  
количество теплоты, выделившееся при ударе, равно 798,008 Дж.
от