Для решения этой задачи мы будем использовать закон сохранения импульса. Импульс системы до и после прыжка должен оставаться постоянным, если на систему не действуют внешние силы.
Шаги решения:
-
Найдем импульс системы до прыжка:
- Импульс лодки можно рассчитать по формуле:
Импульс = масса × скорость.
Для лодки:
Импульс лодки = 200 кг × 1 м/с = 200 кг·м/с.
- Мальчик находится на лодке, поэтому его импульс в данный момент равен нулю.
Импульс мальчика = 50 кг × 1 м/с = 50 кг·м/с, но он не имеет своей скорости относительно воды до прыжка.
- Таким образом, общий импульс системы до прыжка равен:
200 кг·м/с + 0 = 200 кг·м/с.
-
Найдем импульс системы после прыжка:
- После прыжка мальчик будет двигаться с горизонтальной скоростью 4 м/с.
Его импульс будет равен:
Импульс мальчика = 50 кг × 4 м/с = 200 кг·м/с.
- Обозначим скорость лодки после прыжка как V.
Тогда импульс лодки будет равен:
Импульс лодки = 200 кг × V.
- Общий импульс системы после прыжка будет равен:
200 кг·м/с + 200 кг × V.
-
Сравним импульсы до и после прыжка:
- По закону сохранения импульса:
Импульс до = Импульс после.
- Подставим значения:
200 кг·м/с = 200 кг·м/с + 200 кг × V.
- Упростим уравнение:
0 = 200 кг × V.
- Следовательно,
V = 0.
Ответ: После прыжка мальчика скорость лодки станет 0 м/с, то есть лодка остановится.