Вагон, массой 60 тонн, катится по металлическим рельсам и сталкивается с другим вагоном, массой 80 тонн в тот момент, когда его скорость равна 10 м/с. В результате сцепления вагонов, они начинают двигаться вместе. Определить расстояние, которое пройдут сцепленные вагоны, прежде чем они остановятся. Коэффициент трения качения для колес данного радиуса принять равным µ=0,005.
Для начала рассчитаем силу трения, действующую на вагоны при движении:
Fтр = µ m g,
где Fтр - сила трения, µ - коэффициент трения качения, m - масса вагона, g - ускорение свободного падения (принимаем равным 9,8 м/с²).
Для первого вагона:
Fтр1 = 0,005 60 т 9,8 м/c² = 29,4 Н.
Для второго вагона:
Fтр2 = 0,005 80 т 9,8 м/c² = 39,2 Н.
Теперь найдем общую массу сцепленных вагонов:
m = m1 + m2 = 60 т + 80 т = 140 т = 14000 кг.
Суммарная трение на вагоны:
Fтр = Fтр1 + Fтр2 = 29,4 Н + 39,2 Н = 68,6 Н.
Сила, противодействующая движению вагонов:
Fпр = m * a,
где Fпр - противодействующая сила, a - ускорение (примем равным -2 м/с², так как вагоны тормозят).
Сумма всех сил:
Fсум = Fтр + Fпр.
Таким образом:
Fтр + Fпр = m a,
68,6 Н - 14000 кг 2 м/с² = 14000 кг * a,
a = -0,0098 м/с².
Теперь можно рассчитать время, за которое сцепленные вагоны остановятся:
V = V0 + a t,
0 = 10 м/с - 0,0098 м/с² t,
t = 102.04 с.
Теперь найдем расстояние, которое пройдут вагоны до остановки:
S = V0 t + (a t^2) / 2,
S = 10 м/с 102.04 с + (0,0098 м/с² (102.04 с)^2) / 2,
S = 1020.4 м - 50 м = 970.4 м.
Итак, сцепленные вагоны пройдут 970.4 м, прежде чем полностью остановятся.