Номер 13, страница 362 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Авторы: Мякишев Г. Я., Синяков А. З.
Тип: Учебник
Издательство: Просвещение
Год издания: 2021 - 2025
Уровень обучения: углублённый
Цвет обложки: белый колесо обозрения, статор и ротор изображены
ISBN: 978-5-09-087885-2
Популярные ГДЗ в 10 классе
Упражнение 11. Параграф 6.12. Примеры решения задач. Глава 6. Закон сохранения энергии. Законы сохранения в механике - номер 13, страница 362.
№13 (с. 362)
Условие. №13 (с. 362)
скриншот условия


13. С какой скоростью $\text{u}$ должна двигаться нога футболиста, чтобы после столкновения с ней мяч остановился? Скорость мяча до столкновения равна $\text{v}$. Массу мяча считать много меньшей массы ноги.
Решение. №13 (с. 362)
Дано:
Скорость мяча до столкновения: $v$
Масса мяча: $m$
Масса ноги: $M$
Скорость мяча после столкновения: $v' = 0$
Условие: $m \ll M$
Найти:
Скорость ноги футболиста: $u$
Решение:
Рассмотрим столкновение мяча и ноги футболиста как абсолютно упругий удар, так как в задаче не указаны потери энергии. Для замкнутой системы «мяч–нога» в этом случае будут выполняться законы сохранения импульса и кинетической энергии.
Выберем систему отсчета, связанную с землей. Направим ось OX в сторону начального движения мяча. Тогда проекция начальной скорости мяча на эту ось равна $v_1 = v$. Чтобы остановить мяч, нога должна двигаться ему навстречу. Следовательно, проекция ее начальной скорости будет отрицательной: $u_1 = -u$, где $u$ – искомая величина (модуль скорости).
После столкновения, по условию задачи, мяч останавливается, то есть его конечная скорость $v_2 = 0$. Скорость ноги после столкновения обозначим как $u_2$.
Запишем закон сохранения импульса в проекции на ось OX:
$m v_1 + M u_1 = m v_2 + M u_2$
$m v + M (-u) = m \cdot 0 + M u_2$
$m v - M u = M u_2$ (1)
Запишем закон сохранения кинетической энергии:
$\frac{m v_1^2}{2} + \frac{M u_1^2}{2} = \frac{m v_2^2}{2} + \frac{M u_2^2}{2}$
$m v^2 + M (-u)^2 = m \cdot 0^2 + M u_2^2$
$m v^2 + M u^2 = M u_2^2$ (2)
Мы получили систему из двух уравнений (1) и (2) с двумя неизвестными $u$ и $u_2$. Нам нужно найти $u$.
Из уравнения (1) выразим $u_2$:
$u_2 = \frac{m v - M u}{M} = \frac{m}{M}v - u$
Теперь подставим это выражение для $u_2$ в уравнение (2):
$m v^2 + M u^2 = M \left( \frac{m}{M}v - u \right)^2$
Раскроем скобки в правой части:
$m v^2 + M u^2 = M \left( \left(\frac{m}{M}v\right)^2 - 2\frac{m}{M}vu + u^2 \right)$
$m v^2 + M u^2 = M \frac{m^2}{M^2}v^2 - 2M\frac{m}{M}vu + M u^2$
$m v^2 + M u^2 = \frac{m^2}{M}v^2 - 2mvu + M u^2$
Сократим слагаемое $M u^2$, присутствующее в обеих частях уравнения:
$m v^2 = \frac{m^2}{M}v^2 - 2mvu$
Поскольку масса мяча $m$ и его начальная скорость $v$ не равны нулю, мы можем разделить обе части уравнения на $mv$:
$v = \frac{m}{M}v - 2u$
Выразим из этого уравнения искомую скорость $u$:
$2u = \frac{m}{M}v - v$
$2u = v\left(\frac{m}{M} - 1\right)$
$u_{проекция} = \frac{v}{2}\left(\frac{m}{M} - 1\right)$
Мы получили проекцию скорости ноги на ось OX. Так как $m \ll M$, то $\frac{m}{M} < 1$, и, следовательно, $\frac{m}{M} - 1 < 0$. Знак "минус" подтверждает, что нога движется в направлении, противоположном начальному движению мяча. Модуль скорости $u$ равен:
$u = \left| \frac{v}{2}\left(\frac{m}{M} - 1\right) \right| = \frac{v}{2}\left(1 - \frac{m}{M}\right)$
Теперь воспользуемся условием, что масса мяча много меньше массы ноги ($m \ll M$). Это означает, что отношение их масс стремится к нулю:
$\frac{m}{M} \approx 0$
Подставим это приближение в полученную формулу:
$u \approx \frac{v}{2}(1 - 0) = \frac{v}{2}$
Таким образом, чтобы остановить мяч, нога футболиста должна двигаться ему навстречу со скоростью, равной половине скорости мяча.
Ответ: $u = \frac{v}{2}$.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 10 класс, для упражнения номер 13 расположенного на странице 362 к учебнику 2021 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №13 (с. 362), авторов: Мякишев (Генадий Яковлевич), Синяков (Арон Залманович), углублённый уровень обучения учебного пособия издательства Просвещение.