Для решения этой задачи используем закон сохранения импульса. Импульс системы перед взаимодействием должен быть равен импульсу системы после взаимодействия.
Обозначим:
- \( v_{скейт} \) — скорость скейтборда до взаимодействия = 18 км/ч,
- \( v_{человек} \) — скорость человека, когда он прыгает со скейтборда = 20 км/ч (по направлению движения),
- \( m_{скейт} \) — масса скейтборда = 3 кг,
- \( m_{человек} \) — масса человека (эту массу мы не указали, так как она может быть разной, но, для получения численного ответа, предположим, что масса человека равна 70 кг).
Находим начальный импульс системы (человек + скейтборд): \[ P_{нач} = m_{скейт} \cdot v_{скейт} + m_{человек} \cdot v_{человек} = 3 \cdot 18 + 70 \cdot 20. \]
Поскольку скорость человека направлена в том же направлении, что и скейтборд, выражаем импульс: \[ P_{нач} = 3 \cdot 18 + 70 \cdot 20 = 54 + 1400 = 1454 \text{ кг*км/ч}. \]
После того как человек прыгает со скейтборда, мы обозначим скорость скейтборда после прыжка как \( v'_{скейт} \). Человек, покидая скейтборд, движется в противоположном направлении, поэтому его импульс будет отрицательным: \[ P_{кон} = m_{скейт} \cdot v'_{скейт} - m_{человек} \cdot v_{человек} = 3 \cdot v'_{скейт} - 70 \cdot 20. \]
Согласно закону сохранения импульса: \[ P_{нач} = P_{кон}. \] Подставляем значения: \[ 1454 = 3 \cdot v'_{скейт} - 1400. \]
Теперь решим уравнение: \[ 3 \cdot v'_{скейт} = 1454 + 1400, \] \[ 3 \cdot v'_{скейт} = 2854, \] \[ v'_{скейт} = \frac{2854}{3} \approx 951.33 \text{ км/ч}. \]
Теперь нам нужно учесть, что скейтборд начнет двигаться в обратном направлении (как указано в условии). Мы можем выразить ответ в негативном формате: \[ v'_{скейт} \approx -951.33 \text{ км/ч}. \]
Таким образом, скейтборд будет двигаться со скоростью примерно 951.33 км/ч в обратном направлении после взаимодействия.