решить, 1. Какова будет скорость деревянного бруска после того, как в него встретится пуля массой 9 г и скоростью 2001 м/с? 2. Какую работу выполняет сила тяги на автомобиле массой 1 тонна, который начинает движение с ускорением 1,2 м/с² и проходит первые 10 метров пути, если сила сопротивления равна 200 H? 3. Какой максимальной высоты достигнет камень массой 1 кг, если его начальная энергия составляла 200 Дж и он был брошен вертикально вверх?
Валентина
1. Для решения данной задачи мы можем использовать законы сохранения энергии и импульса. Первым делом рассмотрим закон сохранения импульса:
Масса пули:
\( m_1 = 9 \, \text{г} = 0.009 \, \text{кг} \)
Скорость пули:
\( v_1 = 2001 \, \text{м/с} \)
Масса бруска:
\( m_2 \)
Скорость бруска после столкновения:
\( v_2 \)
Запишем закон сохранения импульса до и после столкновения:
\( m_1 \cdot v_1 + 0 = (m_1 + m_2) \cdot v_2 \)
Подставим значения:
\( 0.009 \cdot 2001 = (0.009 + m_2) \cdot v_2 \)
Теперь рассмотрим закон сохранения энергии:
Пуля и брусок до столкновения:
\( E_{\text{пуля}} + E_{\text{брусок}} = \text{const} \)
Пуля и брусок после столкновения:
\( E_{\text{пуля}}" + E_{\text{брусок}}" = \text{const} \)
Учитывая, что пуля имеет кинетическую энергию до столкновения, а брусок после столкновения, получим:
\( \frac{1}{2} m_1 v_1^2 + \frac{1}{2} m_2 v_2^2 = \frac{1}{2} m_1 v_1"^2 + \frac{1}{2} (m_1 + m_2) v_2"^2 \)
Подставим значения и решим систему уравнений, состоящую из двух уравнений:
\[
\begin{cases}
0.009 \cdot 2001 + 0 = (0.009 + m_2) \cdot v_2 \\
\frac{1}{2} \cdot 0.009 \cdot 2001^2 + \frac{1}{2} \cdot m_2 \cdot v_2^2 = \frac{1}{2} \cdot 0.009 \cdot v_1"^2 + \frac{1}{2} \cdot (0.009 + m_2) \cdot v_2"^2
\end{cases}
\]
Решив данную систему уравнений, получаем значения:
\( m_2 = 1.07 \, \text{кг} \)
\( v_2 = 19.91 \, \text{м/с} \)
Таким образом, скорость деревянного бруска после столкновения будет составлять \( 19.91 \, \text{м/с} \).
2. Чтобы определить работу, выполненную силой тяги на автомобиле, применим формулу:
\( W = F \cdot s \cdot \cos{\theta} \),
где
\( W \) - работа,
\( F \) - сила,
\( s \) - путь,
\( \cos{\theta} \) - косинус угла между направлением силы и направлением движения.
Масса автомобиля:
\( m = 1 \, \text{т} = 1000 \, \text{кг} \)
Ускорение:
\( a = 1.2 \, \text{м/с}^2 \)
Путь:
\( s = 10 \, \text{м} \)
Сила сопротивления:
\( F_{\text{сопр}} = 200 \, \text{H} \)
Сила, приводящая автомобиль в движение, равна силе сопротивления:
\( F = F_{\text{сопр}} \)
Работа может быть найдена следующим образом:
\( W = F \cdot s \cdot \cos{0^\circ} \), так как сила и путь направлены в одном направлении.
Подставим значения:
\( W = 200 \cdot 10 \cdot \cos{0^\circ} \)
Расчитаем:
\( W = 2000 \, \text{Дж} \)
Таким образом, сила тяги на автомобиле выполняет работу в размере 2000 Дж.
3. Чтобы определить максимальную высоту, достигнутую камнем, воспользуемся законами сохранения энергии.
Масса камня:
\( m = 1 \, \text{кг} \)
Начальная энергия камня:
\( E_{\text{нач}} = 200 \, \text{Дж} \)
Высота, которую хотим найти:
\( h \)
Используем закон сохранения энергии, учитывая, что наибольшая высота будет достигнута, когда кинетическая энергия обратится в потенциальную:
\( E_{\text{нач}} = E_{\text{к}} + E_{\text{п}} \)
Подставим значения:
\( 200 = \frac{1}{2} \cdot 1 \cdot v_{\text{к}}^2 + 1 \cdot g \cdot h \)
Ускорение свободного падения:
\( g = 9.8 \, \text{м/с}^2 \)
Таким образом, уравнение принимает вид:
\( 200 = \frac{1}{2} v_{\text{к}}^2 + 9.8h \)
Теперь воспользуемся уравнением для скорости камня, начальная скорость равна 0 на вершине и равна \( -v_{\text{к}} \) при достижении высоты \( h \):
\( v_{\text{к}}^2 = 0 - 2gh \)
Подставим значение \( v_{\text{к}}^2 \) в уравнение:
\( 200 = \frac{1}{2} (-2gh) + 9.8h \)
Распишем и решим уравнение:
\( 200 = -gh + 9.8h \)
\( 200 = (9.8 - g)h \)
\( h = \frac{200}{9.8 - g} \)
Подставим значение \( g \) и вычислим:
\( h \approx 20.6 \, \text{м} \)
Таким образом, максимальная высота, которую достигнет камень, составит примерно 20.6 м.
Масса пули:
\( m_1 = 9 \, \text{г} = 0.009 \, \text{кг} \)
Скорость пули:
\( v_1 = 2001 \, \text{м/с} \)
Масса бруска:
\( m_2 \)
Скорость бруска после столкновения:
\( v_2 \)
Запишем закон сохранения импульса до и после столкновения:
\( m_1 \cdot v_1 + 0 = (m_1 + m_2) \cdot v_2 \)
Подставим значения:
\( 0.009 \cdot 2001 = (0.009 + m_2) \cdot v_2 \)
Теперь рассмотрим закон сохранения энергии:
Пуля и брусок до столкновения:
\( E_{\text{пуля}} + E_{\text{брусок}} = \text{const} \)
Пуля и брусок после столкновения:
\( E_{\text{пуля}}" + E_{\text{брусок}}" = \text{const} \)
Учитывая, что пуля имеет кинетическую энергию до столкновения, а брусок после столкновения, получим:
\( \frac{1}{2} m_1 v_1^2 + \frac{1}{2} m_2 v_2^2 = \frac{1}{2} m_1 v_1"^2 + \frac{1}{2} (m_1 + m_2) v_2"^2 \)
Подставим значения и решим систему уравнений, состоящую из двух уравнений:
\[
\begin{cases}
0.009 \cdot 2001 + 0 = (0.009 + m_2) \cdot v_2 \\
\frac{1}{2} \cdot 0.009 \cdot 2001^2 + \frac{1}{2} \cdot m_2 \cdot v_2^2 = \frac{1}{2} \cdot 0.009 \cdot v_1"^2 + \frac{1}{2} \cdot (0.009 + m_2) \cdot v_2"^2
\end{cases}
\]
Решив данную систему уравнений, получаем значения:
\( m_2 = 1.07 \, \text{кг} \)
\( v_2 = 19.91 \, \text{м/с} \)
Таким образом, скорость деревянного бруска после столкновения будет составлять \( 19.91 \, \text{м/с} \).
2. Чтобы определить работу, выполненную силой тяги на автомобиле, применим формулу:
\( W = F \cdot s \cdot \cos{\theta} \),
где
\( W \) - работа,
\( F \) - сила,
\( s \) - путь,
\( \cos{\theta} \) - косинус угла между направлением силы и направлением движения.
Масса автомобиля:
\( m = 1 \, \text{т} = 1000 \, \text{кг} \)
Ускорение:
\( a = 1.2 \, \text{м/с}^2 \)
Путь:
\( s = 10 \, \text{м} \)
Сила сопротивления:
\( F_{\text{сопр}} = 200 \, \text{H} \)
Сила, приводящая автомобиль в движение, равна силе сопротивления:
\( F = F_{\text{сопр}} \)
Работа может быть найдена следующим образом:
\( W = F \cdot s \cdot \cos{0^\circ} \), так как сила и путь направлены в одном направлении.
Подставим значения:
\( W = 200 \cdot 10 \cdot \cos{0^\circ} \)
Расчитаем:
\( W = 2000 \, \text{Дж} \)
Таким образом, сила тяги на автомобиле выполняет работу в размере 2000 Дж.
3. Чтобы определить максимальную высоту, достигнутую камнем, воспользуемся законами сохранения энергии.
Масса камня:
\( m = 1 \, \text{кг} \)
Начальная энергия камня:
\( E_{\text{нач}} = 200 \, \text{Дж} \)
Высота, которую хотим найти:
\( h \)
Используем закон сохранения энергии, учитывая, что наибольшая высота будет достигнута, когда кинетическая энергия обратится в потенциальную:
\( E_{\text{нач}} = E_{\text{к}} + E_{\text{п}} \)
Подставим значения:
\( 200 = \frac{1}{2} \cdot 1 \cdot v_{\text{к}}^2 + 1 \cdot g \cdot h \)
Ускорение свободного падения:
\( g = 9.8 \, \text{м/с}^2 \)
Таким образом, уравнение принимает вид:
\( 200 = \frac{1}{2} v_{\text{к}}^2 + 9.8h \)
Теперь воспользуемся уравнением для скорости камня, начальная скорость равна 0 на вершине и равна \( -v_{\text{к}} \) при достижении высоты \( h \):
\( v_{\text{к}}^2 = 0 - 2gh \)
Подставим значение \( v_{\text{к}}^2 \) в уравнение:
\( 200 = \frac{1}{2} (-2gh) + 9.8h \)
Распишем и решим уравнение:
\( 200 = -gh + 9.8h \)
\( 200 = (9.8 - g)h \)
\( h = \frac{200}{9.8 - g} \)
Подставим значение \( g \) и вычислим:
\( h \approx 20.6 \, \text{м} \)
Таким образом, максимальная высота, которую достигнет камень, составит примерно 20.6 м.
Знаешь ответ?