Решение по физике Однородный стержень длиной ℓ = 1 м и массой М = 2 кг может свободно вращаться вокруг горизонтальной оси, проходящей через один из его концов. В другой конец стержня ударяет пуля массой m = 10 г, летящая перпендикулярно стержню и его оси вращения, и застревает в нем. Определить угол, на который при этом отклонится стержень. Скорость пули v = 300 м/с. Ответ: a = 72градусов.
Для решения этой задачи воспользуемся законом сохранения момента импульса. Пусть угловая скорость стержня до столкновения равна ω, а после столкновения - ω'.
Закон сохранения момента импульса можно записать следующим образом:
Iω = Iω' + mvl,
где I - момент инерции стержня, m - масса пули, v - скорость пули, l - расстояние от оси вращения до места попадания пули.
Момент инерции стержня относительно конца, через который проходит ось вращения, равен I = Мℓ^2 / 3.
Для решения этой задачи воспользуемся законом сохранения момента импульса. Пусть угловая скорость стержня до столкновения равна ω, а после столкновения - ω'.
Закон сохранения момента импульса можно записать следующим образом:
Iω = Iω' + mvl,
где I - момент инерции стержня, m - масса пули, v - скорость пули, l - расстояние от оси вращения до места попадания пули.
Момент инерции стержня относительно конца, через который проходит ось вращения, равен I = Мℓ^2 / 3.
Подставляем известные значения:
(Mℓ^2 / 3) ω = (Mℓ^2 / 3 + ml^2) ω' + mvl.
После подстановки и упрощения получаем:
(2 1^2 / 3) ω = (2 1^2 / 3 + 0.01) ω' + 0.01 * 300.
Учитывая, что ω' = 0 (т.к. стержень останавливается после столкновения), и подставляя значения, получаем:
(2/3)ω = (2/3 + 0.01) * 0 + 3,
(2/3)ω = 3,
ω = 4.5 рад/с.
Теперь можем определить угол α, на который отклонится стержень:
tan(α) = v / (ℓω) = 300 / (1 * 4.5) ≈ 66.67,
α = arctan(66.67) ≈ 72 градуса.
Итак, угол, на который отклонится стержень после столкновения с пулей, составляет около 72 градусов.