Какую скорость получит железнодорожная платформа с установленным на ней орудием после выстрела, если масса платформы с орудием составляет 3,5 тонны, масса снаряда равна 50 кг, начальная скорость снаряда направлена горизонтально вдоль железнодорожного пути и равна 400 м/с, а коэффициент трения равен 0,2?
Физика11 классЗаконы сохранения импульсаскорость платформыфизика 11 классзакон сохранения импульсамасса платформымасса снарядакоэффициент трениягоризонтальная скоростьвыстрел орудиядвижение платформырасчет скорости
Чтобы решить эту задачу, мы будем использовать закон сохранения импульса и учитывать влияние силы трения на движение платформы после выстрела.
Шаг 1: Определение начального импульса системы.
Сначала найдем начальный импульс системы, который состоит из платформы и снаряда. Импульс определяется как произведение массы на скорость.
Так как платформа до выстрела не движется, ее скорость равна 0 м/с. Таким образом, начальный импульс системы равен:
Импульс = Масса снаряда * Скорость снаряда + Масса платформы * Скорость платформы = 50 кг * 400 м/с + 3500 кг * 0 м/с = 20000 кг·м/с.
Шаг 2: Определение импульса после выстрела.
После выстрела снаряд покидает платформу, и платформа начинает двигаться в противоположном направлении. Пусть скорость платформы после выстрела равна v.
После выстрела общий импульс системы будет равен:
Импульс = Масса снаряда * Скорость снаряда + Масса платформы * Скорость платформы = 50 кг * 400 м/с + 3500 кг * v.
Согласно закону сохранения импульса, начальный импульс равен конечному импульсу:
20000 кг·м/с = 20000 кг·м/с + 3500 кг * v.
Шаг 3: Решение уравнения для v.
Перепишем уравнение:
20000 = 20000 + 3500v.
Теперь вычтем 20000 из обеих сторон:
0 = 3500v.
Таким образом, v = 0 м/с. Это означает, что платформа не получает скорости в результате выстрела, если не учитывать трение.
Шаг 4: Учет силы трения.
Теперь нужно учесть силу трения, которая будет действовать на платформу после выстрела. Сила трения определяется как:
F_тр = m * g * коэффициент трения,
где m - масса платформы, g - ускорение свободного падения (примерно 9,81 м/с²).Сила трения будет равна:
F_тр = 3500 кг * 9,81 м/с² * 0,2 = 6867 Н.
Шаг 5: Определение замедления платформы.
Теперь найдем замедление платформы:
a = F_тр / m = 6867 Н / 3500 кг ≈ 1,96 м/с².
Поскольку платформа начинает движение с нулевой скоростью, она будет замедляться под действием силы трения. Если бы платформа получила скорость, то она бы замедлялась до остановки.
Вывод:
В данной задаче платформа не получает скорости после выстрела, если не учитывать трение. Однако, учитывая силу трения, платформа будет замедляться, и ее конечная скорость будет равна 0 м/с, если не будет приложена дополнительная сила.