Начальная скорость снаряда, выпущенного из пушки вертикально вверх, равна 10 м/с. В точке максимального подъёма снаряд разорвался на два осколка, массы которых относятся как 1:2. Осколок меньшей массы полетел горизонтально со скоростью 20 м/с. На каком расстоянии от точки выстрела упадёт второй осколок?
от

1 Ответ

Дано:  
v0 = 10 м/с  
m1:m2 = 1:2  
v1 = 20 м/с  
g = 9,81 м/с²  

Найти: расстояние от точки выстрела до падения второго осколка.

Решение:

1. Находим скорость снаряда в момент максимального подъёма.  
Скорость в точке максимального подъёма равна нулю, так как снаряд в этот момент прекращает подъём и начинает падать. Используем закон сохранения импульса.

Перед разрывом снаряд имеет импульс:  
P = m * v0 = (m1 + m2) * v0

После разрыва импульс сохраняется. Пусть осколки имеют скорости v1 и v2, где v1 = 20 м/с.

Итак, импульс после разрыва:
P = m1 * v1 + m2 * v2

Сравниваем импульсы до и после разрыва:  
m * v0 = m1 * v1 + m2 * v2

Подставляем соотношение масс m1:m2 = 1:2, то есть m2 = 2m1:

(m1 + 2m1) * v0 = m1 * v1 + 2m1 * v2

3m1 * v0 = m1 * v1 + 2m1 * v2

Убираем m1 (оно сокращается):  
3 * v0 = v1 + 2 * v2

Подставляем значения v0 = 10 м/с и v1 = 20 м/с:  
3 * 10 = 20 + 2 * v2  
30 = 20 + 2 * v2  
2 * v2 = 10  
v2 = 5 м/с

2. Теперь находим, как далеко упадёт второй осколок (с массой m2).

Осколок с v2 = 5 м/с имеет вертикальную скорость равную нулю в момент разрыва. Он будет двигаться вниз с ускорением g = 9,81 м/с², и время падения определяется из уравнения движения:  
h = v0 * t + (1/2) * g * t²

На высоте максимального подъёма снаряд имеет высоту:  
h = (v0²) / (2 * g)  
h = (10²) / (2 * 9,81)  
h = 100 / 19,62  
h ≈ 5,1 м

Для второго осколка время падения:  
t = √(2 * h / g)  
t = √(2 * 5,1 / 9,81)  
t ≈ √(10,2 / 9,81)  
t ≈ √1,04  
t ≈ 1,02 с

3. Теперь находим горизонтальное расстояние, пройденное вторым осколком.

Горизонтальная скорость второго осколка равна v2 = 5 м/с. За время падения t = 1,02 с он пройдёт расстояние:  
S = v2 * t  
S = 5 * 1,02  
S ≈ 5,1 м

Ответ: второй осколок упадёт на расстоянии около 5,1 м от точки выстрела.
от