Физика для любознательных. Том 1. Материя. Движение. Сила - [110]

Проработайте предлагаемые задачи, заполняя пропуски, оставленные для ответов.

Задачи на сохранение количества движения

Вычислите полное количество движения в заданном направлении до столкновения, затем вычислите полное количество движения после столкновения. Обозначьте неизвестную вам скорость или силу через X, затем приравняйте суммарное количество движения до столкновения и после столкновения (т. е. предположите, что количество движения сохраняется) и решите уравнение относительно X.

Задача 5

Автомобиль массой 1500 кг, движущийся со скоростью 6 м/сек, догоняет грузовик массой 2000 кг, движущийся со скоростью 3 м/сек в том же направлении, и врезается в грузовик. Найдите скорость, с которой будут двигаться обе машины вместе.

Количество движения всегда сохраняется (т. е. суммарное количество движения не меняется при любом столкновении).

Начальное количество движения легкового автомобиля =

= (___)∙(___)∙____ _{(единицы)}

Начальное количество движения грузовика =

= (___)∙(___)∙____ _{(единицы)}

После столкновения суммарная масса равна ___ кг.

Обозначим скорость обеих машин, движущихся вместе после столкновения, через X м/сек.

Следовательно, количество движения обеих соединившихся машин, выраженное через X, равно (___)∙____ _{(единицы)}

Поскольку суммарное количество движения в направлении вперед одинаково до и после столкновения, то ___ + ___ = ___ м/сек.

Следовательно, решая уравнение относительно X, получаем:

Конечная скорость Х = ___ м/сек.

Задача 6

Автомобиль массой 1500 кг, движущийся со скоростью 6 м/сек, сталкивается «в лоб» с автомобилем массой 2000 кг, движущимся со скоростью 3 м/сек. Найдите скорость обоих автомобилей после столкновения.

Суммарное количество движения до столкновения = количеству движения автомобиля 1 + количество движения автомобиля 2 = ___ + ___ ∙ ___ _{(единицы)}

(Количество движения — вектор, обращайте внимание на знаки плюс и минус.)

Обозначив конечную скорость через X, получим:

Количество движения обоих автомобилей = ___ ∙ ___ _{(единицы)}

Исходя из предположения, что количество движения сохраняется, получим уравнение ___ = ___

Следовательно, конечная скорость X равна ___ м/сек.

Задача 7

На грузовик массой 2000 кг, движущийся в северном направлении со скоростью 30 км/час по обледенелой дороге, налетает легковой автомобиль массой 1000 кг, движущийся по боковой улице в восточном направлении со скоростью 45 км/час. Вычислите скорость обеих машин, указав ее величину и направление.

Примечание. Не переводите километры в метры. Для закона сохранения количества движения это не имеет значения, поскольку ________________

Количество движения грузовика = ___∙___ _{(единицы)} к ___ _{(направление)}

Количество движения легкового автомобиля = ___∙___ = _{(единицы)} к ___ _{(направление)}

Сумма[137] обоих количеств движения представляет собой количество движения, величина которого ___∙___ _{(единицы)}, а направление определяется tgA = ___, где угол А — это угол между суммой и северным направлением[138]. На рисунке tgA равен h/b.

Если конечная скорость равна V км/час, то

Конечное количество движения = ___∙___ _{(единицы)}

Если количество движения (вектор) сохраняется, то V должно быть равно ___ км/час.

Задача 8

Орудие массой 100 кг, стоящее неподвижно на абсолютно гладкой поверхности, выпускает горизонтально снаряд массой 1 кг со скоростью 300 м/сек. Найдите скорость отдачи орудия.

Снаряд при вылете из орудия обладает количеством движения ___∙___ _{(единицы)}

Количество движения орудия должно быть

___________________________________

_{(такое жe? равное и противоположно направленное? большее? меньшее?)} 

Следовательно, скорость орудия должна быть равна ___ м/сек.

Задачи на изменение количества движения

Задача 9

Человек хочет оторвать от прочной веревки длиной 1 м 20 см кусок длиной 30 см. Он повреждает веревку в том месте, где намерен ее разорвать, затем подвешивает к нижнему концу кусок железа массой 1 кг и привязывает верхний конец веревки к гвоздю, вбитому в стену (фиг. 216).

Фиг. 216.К задаче 9.

Потом человек поднимает кусок железа на высоту гвоздя (при этом веревка свободно свешивается, образуя петлю) и отпускает его. Груз свободно падает, пролетая 1 м 20 см, и туго натягивает веревку резким рывком. Судя по раздавшемуся при этом звуку, рывок длится примерно 1/100 ceк. Веревка разрывается. Оцените величину разрывающей силы.

Задача 10

а) Молоток массой 1 кг, движущийся со скоростью 3 м/сек, ударяет по гвоздю. Гвоздь вошел в твердое дерево и продвигается на очень небольшое расстояние. Молоток отскакивает с малой скоростью. Электронный прибор для измерения промежутков времени показывает, что соприкосновение молотка с гвоздем длится примерно 2/100 сек. Оцените среднее значение силы, действующей на гвоздь во время соприкосновения с молотком.

б) Представьте себе, что молоток ударяет по пружинящему гвоздю и соприкосновение также длится 2/100 сек, но молоток отскакивает от гвоздя почти с той же скоростью, с какой он двигался по направлению к гвоздю, близкой к 3 м/сек. Оцените среднее значение силы, действующей на гвоздь во время соприкосновения с молотком. (Примечание. Если вы получите в ответе нуль, то, очевидно, сделали что-нибудь неправильно. Попробуйте для контроля вставить палец между молотком и гвоздем.)