С какой скоростью двигался вагон массой 20 000 кг по горизонтальному пути, если при ударе о преграду каждая пружина буфера сжалась на 10 см? Известно, что для сжатия пружины буфера на 1 см требуется сила 10 000 Н. Вагон имеет два буфера.

Физика 10 класс Законы сохранения энергии скорость вагона масса вагона пружина буфера сжатие пружины сила сжатия физика удара горизонтальный путь расчет скорости механика закон сохранения энергии Новый

Для решения этой задачи мы будем использовать закон сохранения энергии. В данном случае кинетическая энергия вагона при движении будет преобразована в потенциальную энергию, накопленную в пружинах буфера при их сжатии.

Давайте разберемся с данными, которые у нас есть:

• Масса вагона (m) = 20 000 кг
• Сжатие каждой пружины (x) = 10 см = 0.1 м
• Сила, необходимая для сжатия пружины на 1 см (F) = 10 000 Н
• Количество буферов = 2

Теперь найдем, сколько энергии накапливается в пружинах при их сжатии. Сначала рассчитаем силу, необходимую для сжатия одной пружины на 10 см:

Сила для сжатия одной пружины на 10 см:

• F_total = F * x = 10 000 Н * 10 см = 10 000 Н * 0.1 м = 1 000 Н

Так как у нас два буфера, общая сила, действующая на вагон, будет:

• F_total = 2 * 10 000 Н = 20 000 Н

Теперь найдем потенциальную энергию, накопленную в пружинах при их сжатии:

Потенциальная энергия пружины (E_p) рассчитывается по формуле:

• E_p = (1/2) * k * x^2

Где k - жесткость пружины. Мы можем найти k следующим образом:

Сила F = k * x, откуда k = F / x = 10 000 Н / 0.01 м = 1 000 000 Н/м.

Теперь подставляем значение k в формулу для потенциальной энергии:

• E_p = (1/2) * 1 000 000 Н/м * (0.1 м)^2 = (1/2) * 1 000 000 * 0.01 = 5 000 Дж.

Так как у нас два буфера, общая потенциальная энергия будет:

• E_total = 2 * 5 000 Дж = 10 000 Дж.

Теперь мы знаем, что вся кинетическая энергия вагона была преобразована в потенциальную энергию пружин:

• E_k = E_total = 10 000 Дж.

Кинетическая энергия (E_k) вагона рассчитывается по формуле:

• E_k = (1/2) * m * v^2,

где v - скорость вагона.

Подставим известные значения в уравнение:

• 10 000 Дж = (1/2) * 20 000 кг * v^2.

Упростим уравнение:

• 10 000 = 10 000 * v^2.

Теперь делим обе стороны на 10 000:

• 1 = v^2.

Теперь находим скорость:

• v = √1 = 1 м/с.

Ответ: Вагон двигался со скоростью 1 м/с.