На тележке массой 80 кг стоит ящик с песком массой 19 кг. Коэффициент трения между ними 0,1. В песок попадает и застревает в нем летящее горизонтально со скоростью 10 мс ядро массой 1 кг. На какое расстояние сдвинется ящик относительно тележки?
от

1 Ответ

дано:
- масса тележки m1 = 80 кг
- масса ящика с песком m2 = 19 кг
- масса ядра m3 = 1 кг
- коэффициент трения μ = 0,1
- скорость ядра v = 10 м/с

найти:
- расстояние s, на которое сдвинется ящик относительно тележки.

решение:
1. Сначала найдем полную массу системы после того, как ядро застревает в песке:
   m_total = m2 + m3 = 19 кг + 1 кг = 20 кг.

2. Определим силу трения между ящиком и тележкой:
   F_тр = μ * N,
   где N - нормальная сила, равная весу ящика с песком.
   
   N = m2 * g = 19 кг * 9.8 м/с² ≈ 186.2 Н.
   
   F_тр = 0.1 * 186.2 Н ≈ 18.62 Н.

3. Найдем скорость ящика и песка сразу после попадания ядра. Используем закон сохранения импульса:
   m3 * v = (m2 + m3) * V,
   где V - скорость ящика с песком после попадания ядра.

   1 кг * 10 м/с = (19 кг + 1 кг) * V,
   10 = 20V,
   V = 10 / 20 = 0.5 м/с.

4. Теперь найдем время t, за которое сила трения остановит ящик относительно тележки. Используем второй закон Ньютона:
   F_тр = (m2 + m3) * a,
   где a - ускорение, направленное против движения.

   Учитывая, что F_тр = 18.62 Н и m_total = 20 кг, можем найти a:
   18.62 Н = 20 кг * a,
   a = 18.62 / 20 = 0.931 м/с².

5. При этом конечная скорость ящика относительно тележки будет равна нулю, поэтому применим формулу для определения времени t, используя уравнение движения с постоянным ускорением:
   V_final = V_initial - a * t,
   0 = 0.5 м/с - 0.931 м/с² * t,
   t = 0.5 / 0.931 ≈ 0.537 с.

6. Теперь найдем расстояние s, на которое сдвинется ящик:
   s = V_initial * t - (0.5 * a * t²),
   s = 0.5 м/с * 0.537 с - 0.5 * 0.931 м/с² * (0.537 с)²,
   s = 0.2685 - 0.5 * 0.931 * 0.2887 ≈ 0.2685 - 0.134 ≈ 0.1345 м.

ответ:
Ящик сдвинется относительно тележки на расстояние примерно 0.1345 м.
от