Конькобежец массой М = 70 кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении камень массой m = 2 кг со скоростью v = 8.8 м/с. Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с2.
На какое расстояние S откатится при этом конькобежец, если коэффициент трения коньков 0.01 ?
Другие предметы Колледж Законы сохранения импульса и движение с трением физические основы механики конькобежец масса камень скорость ускорение трение расстояние колледж задачи по механике
Для решения этой задачи мы будем использовать закон сохранения импульса и уравнение движения с учетом силы трения.
Шаг 1: Находим импульс, который передается конькобежцем камню.
Когда конькобежец бросает камень, он передает ему свою скорость. По закону сохранения импульса, импульс системы до броска равен импульсу системы после броска.
Импульс камня (P камня) можно выразить как:
Подставим значения:
Шаг 2: Находим скорость конькобежца после броска.
Импульс конькобежца (P конькобежца) будет равен:
Импульс конькобежца можно выразить через его массу и скорость:
Таким образом, у нас есть уравнение:
Подставим известные значения:
Решим это уравнение для v_конькобежца:
Шаг 3: Находим силу трения.
Сила трения (F трения) определяется как:
В нашем случае нормальная сила равна весу конькобежца:
Теперь подставим значения в формулу для силы трения:
Шаг 4: Находим ускорение конькобежца.
Ускорение (a) конькобежца можно найти из второго закона Ньютона:
Таким образом, имеем:
Шаг 5: Находим расстояние S, на которое откатится конькобежец.
Используем уравнение движения с постоянным ускорением:
Так как конькобежец движется в противоположном направлении, его начальная скорость равна 0.2514 м/с, а ускорение будет отрицательным (поскольку трение замедляет движение):
Сначала найдем время, за которое скорость конькобежца станет равной 0:
Решая это уравнение, находим:
Теперь подставим время в уравнение для расстояния:
Теперь вычислим:
Ответ: Конькобежец откатится на расстояние примерно 0.6 метра.