Домашние задания: Физика

Помогите с задачей по физике

В эксперименте по измерению скорости пули пуля массой m=0,05 кг маятник массой M=1,057 кг, подвешенный на тонком легком стержне длиной L = 1 м, отклонился в горизонтальном направлении на x=0,063 м. Принимая ускорение свободного падения равным g = 10 м/с2 , определите скорость пули перед столкновением.
Для определения скорости пули перед столкновением можно использовать законы сохранения механической энергии и импульса.

Используем закон сохранения механической энергии для системы "пуля + маятник":

1/2 * M * V^2 + 1/2 * I * ω^2 + M * g * h = 1/2 * M * v^2,

где
V - скорость маятника до столкновения (равна нулю),
I - момент инерции маятника (I = M * L^2),
ω - угловая скорость маятника до столкновения,
h - максимальная высота подъема маятника после столкновения,
v - скорость пули перед столкновением.

Момент инерции маятника можно выразить следующим образом:
I = M * L^2 = 1,057 кг * (1 м)^2 = 1,057 кг * м^2.

После столкновения маятник поднимается на максимальную высоту h, которую можно выразить через отклонение x:
h = x + L = 0,063 м + 1 м = 1,063 м.

Таким образом, уравнение сохранения энергии можно переписать следующим образом:
1/2 * M * V^2 + 1/2 * I * ω^2 + M * g * h = 1/2 * M * v^2.

Учитывая, что V = 0 и ω = 0 (маятник в начальный момент времени неподвижен), уравнение принимает вид:
1/2 * M * 0 + 1/2 * I * 0 + M * g * h = 1/2 * M * v^2.

Далее, учитывая значения M, g, I и h:
1/2 * 1,057 кг * 0 + 1/2 * 1,057 кг * м^2 * 0 + 1,057 кг * 10 м/с^2 * 1,063 м = 1/2 * 1,057 кг * v^2.

1,057 кг * 10 м/с^2 * 1,063 м = 1/2 * 1,057 кг * v^2.

10,597 м/с^2 * 1,063 м = 1/2 * v^2.

v^2 = (10,597 м/с^2 * 1,063 м) / (1/2 * 1,057 кг).

v^2 = 20,091 м^2/с^2.

v = √(20,091 м^2/с^2) ≈ 4,48 м/с.

Таким образом, скорость пули перед столкновением составляет около 4,48 м/с.
Ирина Тарасенко
Ирина Тарасенко
301
Лучший ответ
Алексей Разливинских Спасибо, сошлось
Не понятно, какой удар. Пусть столкновение пули и маятника не упругое.
Запишем закон сохранения импульса:
m1*V1 = (m1 + m2)*U
Скорость маятника с застрявшей пулей:
U = m1*V1 / (m1 + m2) = 0,050*V1 / (0,050+1,057) = 0,045*V1

Закон сохранения энергии:
m1*V1² / 2 = (m1+m2)* (0,045*V1)² /2 + (m1+m2)*g*h
0,050*V1² / 2 = (0,050+1,057)*0,045²*V1²/2 = (0,050+1,057)*10*h
0,025*V1² = 0,001*V1² + 11,07*h

h = L - √ (L² - x²) = 1 - √ (1² -0,0631²) = 0,002

0,024*V1² = 11,07*0,002
V1² = 0,9225
V1 = 0,96 м/с