Сегодня проводил занятия по физике у 10 класса, наткнулся на интересную задачку по теме закона сохранения импульса. На мой взгляд, это будет отличный пример задачи, в которой можно легко пойти по ложному пути...
Задача
Тележка с кирпичами катится по инерции по горизонтальным рельсам, двигаясь со скоростью 2 м/с. Общая масса тележки и кирпичей равна 100 кг. Сопротивление движению тележки пренебрежимо мало. В дне тележки открывается люк, через который вертикально вниз выпадает кирпич массой 10 кг. Через некоторое время на тележку сверху падает кирпич такой же массы. Скорость этого кирпича в момент падения направлена вниз перпендикулярно скорости тележки. Найдите модуль скорости, с которой будет двигаться тележка после прилипания к ней кирпича.
Решение:
Ложный ход решения:
Поверхностное размышление над задачей может быть следующим. Если кирпич упал снизу, то просто отняли массу, значит скорость увеличится. Затем добавили массу, так как кирпич свалился сверху, то есть вернул общую массу к исходному значению, значит и скорость восстановится. Отсюда можно положить, что скорость тележки с кирпичами после всех этих манипуляций останется 2 м/с...
Правильно ли это ? К сожалению, неправильно. Здесь интуиция может нас обмануть и подвести. И спасает только одно — расписывание формул подробно и последовательно.
Основной подвох:
Дело в том, что кирпич, который отрывается от тележки, в момент отрыва имеет скорость тележки, да ещё и направленную горизонтально, в ту же сторону, в которую двигалась тележка. Поэтому просто отрыв от дна тележки кирпича, при его падении через нижний люк, НЕ ИЗМЕНЯЕТ скорость тележки. Здесь нужно не спутать эту задачу с задачами про разрыв снаряда, когда какие-то части могут вообще назад полететь. Вот там совсем другое. Итак, после отрыва нижнего кирпича, у нас уменьшилась масса, но не изменилась скорость.
А вот второй случай, когда кирпич падает сверху, совсем другой. Падающий сверху кирпич ТОЛЬКО добавляет массу, но НЕ ИМЕЕТ горизонтальной составляющей скорости. В результате получается, что этот упавший сверху кирпич замедлит нашу тележку, ведь X-скорости он не имел, зато телегу нагрузил. Вот и весь подвох.
Правильный ход решения:
Для начала следует сделать рисунок. Я распишу четыре ситуации: 1 - тележка двигается с кирпичами, 2 - от тележки отсоединяется кирпич, падающий вниз из люка, 3 - тележка двигается со второй скоростью, на неё падает сверху такой же кирпич, 4 - движение тележки с третьей скоростью после падения кирпича сверху.
После рисунка перейдем к уравнениям, которые будут описывать закон сохранения импульса в проекция на ось OX, направленную вправо:
Понравилась заметка? Поставьте лайк, подпишитесь на канал! Вам не сложно, а мне очень приятно :)
Если Вам нужен репетитор по физике, математике или информатике/программированию, Вы можете написать мне или в мою группу Репетитор IT mentor в VK
Библиотека с книгами для физиков, математиков и программистов
Репетитор IT mentor в Instagram
Репетитор IT mentor в telegram