На полу стоит ящик с песком массой М. Пуля массой m, летящая горизонтально со скоростью, равной по модулю v, попадает в ящик и застревает в нём. Коэффициент трения между полом и ящиком равен μ. Поставьте по этой ситуации три вопроса и найдите ответы на них.
от

1 Ответ

дано:
- масса ящика с песком M (кг)
- масса пули m (кг)
- скорость пули v (м/с)
- коэффициент трения между полом и ящиком μ

вопросы:
1. Какова будет скорость ящика с песком сразу после столкновения?
2. Какое максимальное расстояние пройдет ящик до остановки?
3. Какое время потребуется, чтобы ящик остановился?

ответы:

1. Найдем скорость ящика с песком сразу после столкновения.

По закону сохранения импульса, импульс системы до столкновения равен импульсу системы после столкновения:

m * v = (M + m) * V,

где V — скорость ящика с песком после столкновения.

Решим уравнение относительно V:

V = (m * v) / (M + m).

2. Найдем максимальное расстояние, которое пройдет ящик до остановки.

Сначала определим силу трения Fтр, действующую на ящик:

Fтр = μ * (M + m) * g,

где g — ускорение свободного падения (примерно 9,81 м/с²).

Используя второй закон Ньютона, запишем уравнение движения для ящика:

a = - Fтр / (M + m),

где a — ускорение (отрицательное, так как направлено в сторону противодействия движению).

Теперь можем использовать уравнение движения с постоянным ускорением:

v^2 = V^2 + 2a * S,
где S — расстояние.

Поскольку ящик останавливается, конечная скорость равна нулю:

0 = V^2 + 2a * S.

Подставим значение a:

S = -V^2 / (2 * a) = -V^2 / (-2 * (Fтр / (M + m))) = (V^2 * (M + m)) / (2 * μ * (M + m) * g).

Упростим и найдем расстояние:

S = V^2 / (2 * μ * g).

3. Для нахождения времени, за которое ящик остановится, используем следующее уравнение:

v_final = v_initial + a * t.

t = (v_final - v_initial) / a.

Подставляем значения:

t = (0 - V) / a = -V / a = -V / (-Fтр / (M + m)) = (V * (M + m)) / (μ * (M + m) * g).

Упростив, получаем:

t = V / (μ * g).

ответы:
1. Скорость ящика с песком сразу после столкновения V = (m * v) / (M + m).
2. Максимальное расстояние, которое пройдет ящик до остановки S = V^2 / (2 * μ * g).
3. Время, необходимое для остановки ящика t = V / (μ * g).
от