Какую скорость приобретает охотник, стреляя с легкой неподвижной лодки? - коротко
При выстреле из огнестрельного оружия, находясь в легкой неподвижной лодке, система "охотник-лодка-ружье" подчиняется закону сохранения импульса. Изначально суммарный импульс системы равен нулю, поскольку все ее компоненты находятся в состоянии покоя.
После выстрела пуля приобретает значительный импульс в одном направлении. Для сохранения общего импульса системы равным нулю, лодка вместе с охотником и ружьем приобретает импульс равной величины, но противоположного направления. Это приводит к движению лодки назад, в сторону, противоположную направлению выстрела.
Охотник и лодка приобретают скорость отдачи, направленную в противоположную сторону от выстрела. Эта скорость определяется законом сохранения импульса и зависит от массы пули, ее скорости, а также суммарной массы охотника и лодки.
Какую скорость приобретает охотник, стреляя с легкой неподвижной лодки? - развернуто
Когда охотник производит выстрел с легкой неподвижной лодки, наблюдается явление, основанное на законе сохранения импульса (момента количества движения). Этот фундаментальный принцип физики гласит, что в замкнутой системе, на которую не действуют внешние силы, полный импульс системы остается постоянным. В данном случае, система включает в себя охотника, лодку и пулю.
До выстрела, поскольку лодка и охотник неподвижны, а пуля находится внутри ружья, общий импульс всей системы равен нулю. Все компоненты системы покоятся относительно воды. В момент выстрела, пороховые газы, расширяясь, толкают пулю вперед с очень высокой скоростью. Одновременно, согласно третьему закону Ньютона (закону действия и противодействия), ружье, а следовательно, и охотник с лодкой, испытывают отдачу в противоположном направлении.
Для сохранения первоначального нулевого импульса системы, импульс, приобретенный пулей, должен быть равен по модулю и противоположен по направлению импульсу, приобретенному остальной частью системы — охотником и лодкой. Математически это выражается соотношением:
$m_п \cdot v_п = (m_о + mл) \cdot v{ол}$
где:
- $m_п$ — масса пули
- $v_п$ — скорость пули
- $m_о$ — масса охотника
- $m_л$ — масса лодки
- $v_{ол}$ — скорость, которую приобретают охотник и лодка совместно.
Из этой формулы видно, что скорость, которую приобретает охотник вместе с лодкой ($v{ол}$), прямо пропорциональна массе пули и ее скорости, и обратно пропорциональна суммарной массе охотника и лодки. Поскольку масса пули значительно меньше суммарной массы охотника и лодки, скорость отдачи $v{ол}$ будет существенно меньше скорости пули.
Принимая во внимание, что лодка "легкая", это означает, что ее масса $m_л$ относительно мала. Это приводит к тому, что знаменатель $(m_о + mл)$ будет меньше, чем если бы лодка была тяжелой. Как следствие, скорость отдачи $v{ол}$ будет более заметной. Если бы лодка была очень тяжелой или жестко закрепленной, скорость отдачи была бы минимальной или неощутимой. Отсутствие движения лодки до выстрела лишь подтверждает начальное нулевое значение импульса системы, что является необходимым условием для применения закона сохранения импульса в данном сценарии. Таким образом, охотник и лодка приобретут определенную скорость, двигаясь назад, в направлении, противоположном выстрелу.