Какое расстояние откатится конькобежец массой 70 кг, если он бросает в горизонтальном направлении камень массой 3 кг со скоростью 8 м/с, при условии, что коэффициент трения коньков о лед равен 0,02?

Физика 9 класс Закон сохранения импульса расстояние конькобежца масса конькобежца масса камня скорость камня коэффициент трения физика 9 класс закон сохранения импульса движение по горизонтали Новый

Чтобы решить эту задачу, нам нужно использовать закон сохранения импульса и формулу для расчета расстояния, которое пройдет конькобежец после броска камня.

Шаг 1: Найдем импульс системы до броска.

• Изначально конькобежец стоит на месте, поэтому его импульс равен нулю.
• Импульс системы (конькобежца и камня) до броска равен 0.

Шаг 2: Найдем импульс системы после броска.

• Когда конькобежец бросает камень, он получает равный и противоположный импульс.
• Импульс камня равен массе камня, умноженной на его скорость: P_камня = m_камня * v_камня = 3 кг * 8 м/с = 24 кг·м/с.
• Импульс конькобежца будет равен -24 кг·м/с (по направлению, противоположному движению камня).

Шаг 3: Найдем скорость конькобежца после броска.

• Импульс конькобежца можно выразить через его массу и скорость: P_конькобежца = m_конькобежца * v_конькобежца.
• Согласно закону сохранения импульса: P_конькобежца = -P_камня.
• Подставим значения: m_конькобежца * v_конькобежца = -24 кг·м/с.
• Теперь подставим массу конькобежца (70 кг): 70 кг * v_конькобежца = -24 кг·м/с.
• Отсюда v_конькобежца = -24 кг·м/с / 70 кг = -0,342857 м/с (отрицательный знак указывает, что скорость направлена в сторону, противоположную броску камня).

Шаг 4: Определим силу трения, действующую на конькобежца.

• Сила трения F_трения = коэффициент трения * нормальная сила.
• Нормальная сила равна весу конькобежца: N = m_конькобежца * g, где g = 9,8 м/с².
• Таким образом, N = 70 кг * 9,8 м/с² = 686 Н.
• Теперь находим силу трения: F_трения = 0,02 * 686 Н = 13,72 Н.

Шаг 5: Найдем замедление конькобежца.

• Используем второй закон Ньютона: F = m * a, где F - сила, m - масса, a - ускорение.
• Сила трения будет вызывать замедление конькобежца: -F_трения = m_конькобежца * a.
• Подставляем значения: -13,72 Н = 70 кг * a.
• Отсюда a = -13,72 Н / 70 кг = -0,196 m/s² (отрицательный знак указывает на замедление).

Шаг 6: Найдем расстояние, которое пройдет конькобежец, используя формулу движения.

• Используем формулу: s = v² / (2 * a), где s - расстояние, v - начальная скорость, a - ускорение.
• Подставляем значения: s = (-0,342857 м/с)² / (2 * -0,196 м/с²).
• Вычисляем: s = 0,1177 / 0,392 = 0,299 м.

Ответ: Конькобежец откатится примерно на 0,3 метра.