При решении этой задачи мы можем воспользоваться законом сохранения импульса, который гласит, что если на систему не действуют внешние силы, то ее общий импульс сохраняется.
Обозначим:
- массу лодки \( m_1 = 80 \) кг,
- массу мальчика \( m_2 = 40 \) кг,
- скорость мальчика при прыжке \( v_2 = 2 \) м/с,
- скорость лодки \( v_1 \), которую мы ищем.
Перед прыжком и лодка, и мальчик были в состоянии покоя, то есть их начальный импульс равен нулю:
\[ 0 = m_1 \cdot 0 + m_2 \cdot 0 \]
После того как мальчик прыгает, система должна быть сбалансирована:
\[ m_1 \cdot v_1 + m_2 \cdot v_2 = 0 \]
Отсюда следует, что импульс лодки в противоположном направлении должен быть равен импульсу, полученному мальчиком:
\[ m_1 \cdot v_1 = - m_2 \cdot v_2 \]
Теперь подставим известные значения:
\[ 80 \cdot v_1 = - 40 \cdot 2 \]
\[ 80 \cdot v_1 = -80 \]
Теперь разделим обе стороны уравнения на 80:
\[ v_1 = -1 \text{ м/с} \]
Знак минус указывает на то, что лодка движется в противоположном направлении по сравнению с направлением прыжка мальчика. Таким образом, скорость лодки при прыжке мальчика составляет 1 м/с в сторону, противоположную направлению прыжка.