Вода бьёт из брандспойта с площадью поперечного сечения 3 см2 под углом 30° к горизонту со скоростью 10 м/с. Чему равна масса воды, одновременно находящейся в воздухе?
от

1 Ответ

дано:  
A = 3 см² = 0.0003 м² (площадь поперечного сечения),  
v = 10 м/с (скорость воды),  
g = 9.81 м/с² (ускорение свободного падения),  
α = 30° (угол к горизонту).

найти:  
m (масса воды, находящейся в воздухе).

решение:  
1. Найдем время, которое вода будет находиться в воздухе. Для этого определим максимальную высоту h, на которую поднимется струя воды.

2. Вычислим вертикальную составляющую скорости:
Vy = v * sin(α) = 10 * sin(30°) = 10 * 0.5 = 5 м/с.

3. Максимальная высота h достигается, когда вертикальная скорость равна нулю:
0 = Vy - g * t ⇒ t = Vy / g = 5 / 9.81 ≈ 0.51 с.

4. Время подъема до максимальной высоты t_max составляет 0.51 с, а общее время полета t_total будет равно:
t_total = 2 * t_max = 2 * 0.51 ≈ 1.02 с.

5. Теперь найдем объем воды, выбрасываемой из брандспойта за это время:
V = A * v * t_total = 0.0003 * 10 * 1.02 = 0.00306 м³.

6. Плотность воды ρ ≈ 1000 кг/м³.

7. Массу воды m можно найти по формуле:
m = ρ * V = 1000 * 0.00306 = 3.06 кг.

ответ: масса воды, одновременно находящейся в воздухе, равна 3.06 кг.
от