Рассмотрим задачи по порядку.
I уровень
1. Определите импульс машины массой 3т, движущейся со скоростью 20м/с.
Импульс тела определяется формулой: $$p = m cdot v$$, где
$$p$$ – импульс тела,
$$m$$ – масса тела,
$$v$$ – скорость тела.
Переведем массу машины в килограммы: 3 т = 3000 кг.
Тогда импульс машины равен: $$p = 3000 кг cdot 20 м/с = 60000 кг cdot м/с$$
2. Найдите изменение импульса велосипедиста массой 70кг, если скорость уменьшилась с 5 до 2м/с.
Изменение импульса определяется как разность конечного и начального импульсов: $$\Delta p = p_2 - p_1 = m cdot v_2 - m cdot v_1 = m(v_2 - v_1)$$.
Подставим значения: $$\Delta p = 70 кг cdot (2 м/с - 5 м/с) = 70 кг cdot (-3 м/с) = -210 кг cdot м/с$$
3. Человек массой 40кг, бегущий со скоростью 2м/с, догоняет тележку массой 20кг и вскакивает на неё. С какой скоростью они вместе продолжат движение?
Используем закон сохранения импульса: $$m_1v_1 + m_2v_2 = (m_1 + m_2)v$$
где $$m_1$$ - масса человека, $$v_1$$ - скорость человека, $$m_2$$ - масса тележки, $$v_2$$ - скорость тележки (1 м/с, как указано на фото), $$v$$ - общая скорость после взаимодействия.
$$40 cdot 2 + 20 cdot 1 = (40 + 20)v$$
$$80 + 20 = 60v$$
$$100 = 60v$$
$$v = \frac{100}{60} = \frac{5}{3} \approx 1.67 м/с$$
II уровень
1. Шар массой 2кг движется со скоростью 4м/с навстречу шару массой 3кг, движущемуся со скоростью 2м/с. С какой скоростью будут двигаться шары вместе?
Используем закон сохранения импульса с учетом направления движения:
$$m_1v_1 - m_2v_2 = (m_1 + m_2)v$$
где $$m_1$$ = 2 кг, $$v_1$$ = 4 м/с, $$m_2$$ = 3 кг, $$v_2$$ = 2 м/с.
$$2 cdot 4 - 3 cdot 2 = (2 + 3)v$$
$$8 - 6 = 5v$$
$$2 = 5v$$
$$v = \frac{2}{5} = 0.4 м/с$$
2. На тележку массой 400кг, движущуюся со скоростью 4м/с, сверху падает груз массой 200кг со скоростью 1м/с. С какой скоростью будет двигаться тележка с грузом?
Используем закон сохранения импульса:
$$m_1v_1 + m_2v_2 = (m_1 + m_2)v$$
где $$m_1$$ = 400 кг, $$v_1$$ = 4 м/с, $$m_2$$ = 200 кг, $$v_2$$ = 1 м/с.
$$400 cdot 4 + 200 cdot 1 = (400 + 200)v$$
$$1600 + 200 = 600v$$
$$1800 = 600v$$
$$v = \frac{1800}{600} = 3 м/с$$
3. Чему равна скорость отдачи ружья массой 4кг при выстреле из него пули массой 5г со скоростью 300м/с?
Используем закон сохранения импульса:
$$0 = m_1v_1 + m_2v_2$$
где $$m_1$$ = 4 кг (масса ружья), $$v_1$$ - скорость отдачи ружья, $$m_2$$ = 0.005 кг (масса пули), $$v_2$$ = 300 м/с (скорость пули).
$$0 = 4v_1 + 0.005 cdot 300$$
$$4v_1 = -1.5$$
$$v_1 = -\frac{1.5}{4} = -0.375 м/с$$
Скорость отдачи ружья равна 0.375 м/с.
III уровень
1. С тележки массой 4m, движущейся со скоростью 2v, выпал груз массой m. С какой скоростью будет двигаться тележка без груза?
Используем закон сохранения импульса:
$$(4m) cdot (2v) = (4m - m) cdot v_1 + m cdot v_2$$
Предположим, что после выпадения груза, груз имеет скорость равную 0.
Тогда:
$$(4m) cdot (2v) = (3m) cdot v_1$$
$$8mv = 3mv_1$$
$$v_1 = \frac{8}{3}v$$
Скорость тележки после выпадения груза будет равна $$\frac{8}{3}v$$.