Решение. В системе двух тел «кузнечик + соломинка» сохраняется горизонтальная проекция суммарного импульса, откуда следует, что в неподвижной системе отсчета справедливо равенство: Mvocosα = Mu, где m и М − массы кузнечика и соломинки, u — скорость соломинки. Отсюда u = mvocosα/М. Время to, которое кузнечик проводит в полете, легко найти из уравнений кинематики как для тела, подброшенного вверх со скоростью vosinα to = 2vosinα/g. За это время перемещение соломинки влево и горизонтальное перемещение кузнечика вправо примут следующие значения (см. рисунок): Sc = uto = (2vo2/g)·(m/M)·sinαcosα, Sк = votocosα = (2vo2/g)sinαcosα. Для того, чтобы кузнечик при приземлении попал точно на правый конец соломинки, эти величины должны быть связаны соотношением: Sc + Sк = l. Объединяя записанные равенства и учитывая, что m/М = β, находим величину начальной скорости кузнечика: vo = √{gl/(sin2α × (1 + β))}. Эта величина минимальна при sin2α = 1, т.е. при α = 45°. Таким образом, ответ имеет вид: vo = √{gl/(1 + β)} = 1,1 м/с.
В начальный момент времени – горизонтальная составляющая импульса всей системы равна нолю. Горизонтальных сил нет, а значит, горизонтальная составляющая импульса всей системы будет оставаться равной нулю и дальше.
А значит, в любой момент времени: изменение модуля горизонтальной составляющей импульса клина будет равно изменению модуля горизонтальной составляющей импульса тела:
M∆V = m∆v – где ∆V и ∆v – изменения модулей скорости клина и тела соответственно;
И вообще, стало быть:
MV = mv ;
А в любой момент времени t за небольшое его приращение ∆t:
MV∆t = mv∆t ;
M∆S = m∆s ;
И вообще, стало быть:
MS = ms – где S и s – пройденные клином и телом пути соответственно;
s = S M/m ;
S + s = L, где L полная протяжённость по горизонтали наклонной стороны клина, по которой соскальзывает тело;
Поскольку клин имеет угол 45°, то его высота равна h = L .
В системе двух тел «кузнечик + соломинка» сохраняется горизонтальная проекция суммарного импульса, откуда следует, что в неподвижной системе отсчета справедливо равенство:
Mvocosα = Mu,
где m и М − массы кузнечика и соломинки, u — скорость соломинки.
Отсюда
u = mvocosα/М.
Время to, которое кузнечик проводит в полете, легко найти из уравнений кинематики как для тела, подброшенного вверх со скоростью vosinα
to = 2vosinα/g.
За это время перемещение соломинки влево и горизонтальное перемещение кузнечика вправо примут следующие значения (см. рисунок):
Sc = uto = (2vo2/g)·(m/M)·sinαcosα, Sк = votocosα = (2vo2/g)sinαcosα.
Для того, чтобы кузнечик при приземлении попал точно на правый конец соломинки, эти величины должны быть связаны соотношением:
Sc + Sк = l.
Объединяя записанные равенства и учитывая, что m/М = β, находим величину начальной скорости кузнечика:
vo = √{gl/(sin2α × (1 + β))}.
Эта величина минимальна при sin2α = 1, т.е. при α = 45°.
Таким образом, ответ имеет вид:
vo = √{gl/(1 + β)} = 1,1 м/с.
А значит, в любой момент времени: изменение модуля горизонтальной составляющей импульса клина будет равно изменению модуля горизонтальной составляющей импульса тела:
M∆V = m∆v – где ∆V и ∆v – изменения модулей скорости клина и тела соответственно;
И вообще, стало быть:
MV = mv ;
А в любой момент времени t за небольшое его приращение ∆t:
MV∆t = mv∆t ;
M∆S = m∆s ;
И вообще, стало быть:
MS = ms – где S и s – пройденные клином и телом пути соответственно;
s = S M/m ;
S + s = L, где L полная протяжённость по горизонтали наклонной стороны клина, по которой соскальзывает тело;
Поскольку клин имеет угол 45°, то его высота равна h = L .
h = S + s ;
h = S + S M/m ;
h = S ( 1 + M/m ) ;
S = h/[1+M/m] ;
S = h/[1+M/m] ≈ 0.5/[1+0.8/2] ≈ 5/14 ≈ 0.36 м ;
ОТВЕТ : S = h/[1+M/m] ≈ 36 см .