21

Решение: Столкновение вагонов и остановка

ОГЭ · Физика · Задание 21 · Энергия и импульс
ПовышеннаяФИПИ778DB0Развёрнутое решение≈ 5 минутРазбор в 6 шагов
Условие

Вагон массой 20 т, движущийся по горизонтальному пути со скоростью $2\ \frac{\text{м}}{\text{с}}$, сталкивается с другим вагоном такой же массы, движущимся ему навстречу со скоростью $1\ \frac{\text{м}}{\text{с}}$ относительно Земли, и автоматически с ним сцепляется. Какой путь они пройдут до полной остановки, если будут двигаться после сцепки с ускорением $0{,}005\ \frac{\text{м}}{\text{с}^2}$?

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

6 шагов
1

Направим ось вдоль движения первого вагона. Тогда скорость первого вагона $v_1=2\ \frac{\text{м}}{\text{с}}$, а скорость второго вагона, движущегося навстречу, $v_2=-1\ \frac{\text{м}}{\text{с}}$.

2

После столкновения вагоны сцепляются, поэтому рассматриваем их как единую систему и применяем закон сохранения импульса.

$$m v_1 + m v_2 = (2m)v_0$$
3

Находим скорость сцепившихся вагонов сразу после столкновения:

$$v_0=\frac{v_1+v_2}{2}=\frac{2-1}{2}=0{,}5\ \frac{\text{м}}{\text{с}}$$
4

После сцепления вагоны движутся равнозамедленно с ускорением $a=0{,}005\ \frac{\text{м}}{\text{с}^2}$. Используем формулу связи скорости, ускорения и перемещения при конечной скорости, равной нулю.

$$v^2-v_0^2=2as$$
5

Так как ускорение направлено противоположно скорости, $a=-0{,}005\ \frac{\text{м}}{\text{с}^2}$. Тогда:

$$0-(0{,}5)^2=2\cdot(-0{,}005)\cdot s$$

Следовательно, путь до полной остановки равен:

$$s=\frac{(0{,}5)^2}{2\cdot0{,}005}=25\ \text{м}$$
Ответ

После сцепления вагоны пройдут до полной остановки путь $25\ \text{м}$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Не учитывать противоположные направления движения вагонов и складывать скорости как положительные.

Использовать закон сохранения механической энергии при неупругом столкновении.

Применить ускорение $0{,}005\ \frac{\text{м}}{\text{с}^2}$ до столкновения, хотя оно задано только для движения после сцепки.

Забыть, что масса сцепившихся вагонов равна $2m$.

Закрепить приёмВ теме «Энергия и импульс» ещё 138 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 21 ОГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Энергия и импульс»: в ней 139 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.