Какое время нужно пассажиру первого вагона поезда длиной L, который гулял по перрону и начал бежать со скоростью V, чтобы настигнуть свой вагон, если поезд начал двигаться с ускорением a в тот момент, когда он оказался рядом с последним вагоном?
Физика11 классДинамика движениявремя настигнуть вагонпоезд длиной Lскорость vускорение aфизика 11 классдвижение поездазадачи по физике
Чтобы решить эту задачу, давайте разберем ее по шагам.
Шаг 1: Определим начальные условияКогда пассажир начинает бежать, поезд уже начинает двигаться с ускорением a. Мы будем считать, что в момент, когда пассажир начинает бежать, поезд находится в начальной позиции (в начале своего движения).
Шаг 2: Определим движение поездаПоскольку поезд движется с постоянным ускорением, его положение в зависимости от времени t можно выразить следующим образом:
x_poed(t) = (1/2) * a * t^2
Шаг 3: Определим движение пассажираПассажир бежит с постоянной скоростью V, поэтому его положение можно выразить так:
x_passazhir(t) = V * t
Шаг 4: Условие встречиПассажир настигнет свой вагон, когда его положение будет равно положению последнего вагона поезда. Так как длина поезда равна L, положение последнего вагона поезда в момент времени t будет равно:
x_poed(t) + L = (1/2) * a * t^2 + L
Шаг 5: Составим уравнение для встречиТеперь мы можем записать уравнение для момента встречи:
V * t = (1/2) * a * t^2 + L
Шаг 6: Перепишем уравнениеПерепишем его в стандартной форме:
(1/2) * a * t^2 - V * t + L = 0
Шаг 7: Решим квадратное уравнениеЭто квадратное уравнение имеет вид:
At^2 + Bt + C = 0
где A = (1/2) * a, B = -V, C = L.
Для решения квадратного уравнения используем формулу:
t = (-B ± √(B^2 - 4AC)) / (2A)
Шаг 8: Подставим значенияТеперь подставим эти значения в формулу:
t = (V ± √(V^2 - 2aL)) / a
Шаг 9: Выбор корняПоскольку время не может быть отрицательным, мы выбираем только положительный корень:
t = (V + √(V^2 - 2aL)) / a
Таким образом, время, необходимое пассажиру, чтобы настигнуть свой вагон, равно:
t = (V + √(V^2 - 2aL)) / a
Это и есть ответ на задачу. Не забудьте, что при решении квадратного уравнения подкоренное выражение (дискриминант) должно быть неотрицательным, иначе решение не будет иметь физического смысла.