Для решения этой задачи мы воспользуемся законом сохранения импульса. Суммарный импульс до столкновения должен быть равен суммарному импульсу после столкновения.
Дано:
- Масса тележки с песком \( m_1 = 9 \, \text{кг} \)
- Скорость тележки с песком \( v_1 = 1.5 \, \text{м/с} \)
- Масса шара \( m_2 = 3 \, \text{кг} \)
- Скорость шара \( v_2 = 6 \, \text{м/с} \)
Перед столкновением:
Импульс тележки с песком \( P_1 = m_1 \cdot v_1 = 9 \cdot 1.5 \) Импульс шара \( P_2 = m_2 \cdot v_2 = 3 \cdot 6 \)
Теперь считаем импульсы:
\[ P_1 = 9 \cdot 1.5 = 13.5 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} \] \[ P_2 = 3 \cdot 6 = 18 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} \]
Суммарный импульс до столкновения \( P_{total, before} = P_1 + P_2 \):
\[ P_{total, before} = 13.5 + 18 = 31.5 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} \]
После столкновения обе массы движутся вместе, поэтому импульс системы будет равен массе системы, умноженной на их общую скорость \( v_f \):
Суммарная масса после столкновения:
\[ m_{total} = m_1 + m_2 = 9 + 3 = 12 \, \text{кг} \]
Импульс после столкновения:
\[ P_{total, after} = m_{total} \cdot v_f \]
Согласно закону сохранения импульса:
\[ P_{total, before} = P_{total, after} \]
Подставляем данные:
\[ 31.5 = 12 \cdot v_f \]
Теперь решим уравнение для нахождения скорости \( v_f \):
\[ v_f = \frac{31.5}{12} = 2.625 \, \text{м/с} \]
Таким образом, скорость тележки после столкновения с шаром составляет \( 2.625 \, \text{м/с} \) по модулю.
