РУҚА
26

Шешімі: Масса снаряда при отдаче

ЕГЭ · Физика · Тапсырма 26 · Энергия және импульс
ЖоғарыФИПИ58Ac2FТолық шешім≈ 10 минутТалдау 9 қадам
Условие

Пушка, закреплённая на высоте $5\ \text{м}$, стреляет снарядами в горизонтальном направлении. Вследствие отдачи её ствол, имеющий массу $1000\ \text{кг}$, сжимает на $1\ \text{м}$ пружину жёсткостью $6 \cdot 10^3\ \text{Н/м}$, производящую перезарядку пушки. При этом только $h = \dfrac{1}{6}$ часть всей кинетической энергии ствола пушки идёт на сжатие пружины. Какова масса снаряда, если дальность его полёта равна $600\ \text{м}$? Сопротивлением воздуха при полёте снаряда, силой трения в момент вылета снаряда и массой пороховых газов пренебречь.

Обоснуйте применимость законов, используемых для решения задачи.

Тапсырманы ашып, өзіңіз шешіңіз
Дальше ответЕгер әлі шешіп жатсаңыз – кеңестерден бастаңыз: олар жауапқа жетелейді, бірақ оны ашпайды.
К подсказкам

Шешім по шагам

9 қадам
1

Рассмотрим движение снаряда после вылета. По вертикали снаряд совершает свободное падение с высоты $H = 5\ \text{м}$. Сопротивлением воздуха пренебрегаем, поэтому применим закон равноускоренного движения.

$$H = \frac{gt^2}{2}$$
2

Принимая $g = 10\ \text{м/с}^2$, найдём время полёта:

$$t = \sqrt{\frac{2H}{g}} = \sqrt{\frac{2 \cdot 5}{10}} = 1\ \text{с}$$
3

По горизонтали движение равномерное, так как сопротивлением воздуха пренебрегаем. Поэтому горизонтальная скорость снаряда равна:

$$v = \frac{L}{t} = \frac{600}{1} = 600\ \text{м/с}$$
4

При выстреле выполняется закон сохранения импульса системы «снаряд — ствол», поскольку внешним импульсом за малое время выстрела можно пренебречь. Если $M$ — масса ствола, а $V$ — скорость его отдачи, то:

$$mv = MV$$
5

Только доля $h = \dfrac{1}{6}$ кинетической энергии ствола превращается в энергию сжатой пружины. Поэтому:

$$h \cdot \frac{MV^2}{2} = \frac{kx^2}{2}$$
6

Найдём кинетическую энергию ствола и его скорость отдачи:

$$\frac{MV^2}{2} = \frac{kx^2}{2h} = \frac{6 \cdot 10^3 \cdot 1^2}{2 \cdot \frac{1}{6}} = 18000\ \text{Дж}$$
7

Следовательно, скорость ствола после выстрела равна:

$$V = \sqrt{\frac{2 \cdot 18000}{1000}} = 6\ \text{м/с}$$
8

Из закона сохранения импульса найдём массу снаряда:

$$m = \frac{MV}{v} = \frac{1000 \cdot 6}{600} = 10\ \text{кг}$$

Закон сохранения механической энергии применён к сжатию пружины, а закон сохранения импульса — к кратковременному процессу выстрела, когда внешним импульсом можно пренебречь.

Жауап

Масса снаряда равна $10\ \text{кг}$.

Бұл жауап талдау нәтижесінде алынды, бірақ банктің ресми кілтімен тексерілген жоқ — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Забывают, что в энергию пружины переходит только доля $h = \dfrac{1}{6}$ кинетической энергии ствола.

Используют дальность полёта без предварительного определения времени падения снаряда.

Нарушают закон сохранения импульса, складывая скорости вместо импульсов.

Приравнивают всю кинетическую энергию ствола к энергии пружины.

Закрепить приёмВ теме «Энергия және импульс» ещё 147 тапсырма — жауабымен және дәл осындай талдауымен.
Жаттығу

Тапсырманы қалай шешу керек 26 ЕГЭ, физика

Бұл есептің талдауы келесіге бөлінген: 9 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Жауап есептеулердің жанында келтірілген, олардың орнына емес.

Задача из темы «Энергия и импульс»: в ней 148 задач, и у каждой есть такой же разбор. Тіркеу қажет емес.