В 1935 г. на Южной железной дороге 36 вагонов, стоящих на путях без паровоза, не будучи закреплёнными специальными башмаками, покатились под уклон со скоростью около 15 км/ч, грозя столкнуться с идущим им навстречу поездом. Но машинист этого поезда, обнаружив опасность, умело и просто избежал её. Как он это сделал, используя законы физики?
Машинист остановил поезд, а затем повел его назад со скоростью, равной скорости приближающихся вагонов. Благодаря этому он "принял" на свой поезд эти 36 вагонов без всякого повреждения.
Для понимания принципа решения данной задачи следует изучить следующие законы и явления из физики:
Инерция и инертность
Инерция — это способность тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие силы или если сумма действующих сил равна нулю. В данном случае вагоны двигаются под уклон, и их движение происходит благодаря силе тяжести, которая вызывает ускорение. Инертность — это свойство тела сопротивляться изменению его состояния движения или покоя. Чем больше масса объекта, тем выше его инертность.
Сила трения
Трение — это сила, которая препятствует движению одного тела относительно другого при их соприкосновении. В данной ситуации трение между колесами вагонов и рельсами является важным фактором. Если увеличить силу трения, движение вагонов можно замедлить или остановить. Увеличение силы трения возможно, например, путем применения тормозов или специальных устройств (кирпичей, башмаков).
Закон сохранения импульса
Импульс тела — это произведение массы тела на его скорость. Закон сохранения импульса гласит, что если на систему тел не действуют внешние силы или их сумма равна нулю, то суммарный импульс системы остается неизменным. В данной задаче важно учитывать, что импульс вагонов и встречного поезда взаимосвязан. Если встречный состав взаимодействует с вагонами, то его масса и скорость играют роль в перераспределении импульса.
Сила взаимодействия тел
При столкновении двух объектов, их массы и скорости определяют поведение системы после взаимодействия. Если машинист встречного поезда принял какое−то действие, оно могло быть направлено на изменение скорости вагонов.
Работа силы и изменение энергии
Работа — это произведение силы, действующей на тело, на путь, пройденный этим телом в направлении силы. Если машинист встречного поезда приложил внешнюю силу (например, тормозную или толкающую), он мог изменить кинетическую энергию вагонов, уменьшив их скорость. Кинетическая энергия прямо пропорциональна массе и квадрату скорости тела: $ E_k = \frac{1}{2}mv^2 $. Уменьшение скорости вагонов снижает их кинетическую энергию.
Аэро− или гидродинамическое сопротивление
Если машинист использовал какой−то способ для создания сопротивления движению вагонов, это могло быть связано с увеличением сопротивления среды.
Сила тяжести и потенциальная энергия
Вагон, движущийся под уклон, превращает часть своей потенциальной энергии в кинетическую. При этом сила тяжести является причиной ускорения. Машинист мог использовать механизм, перекрывающий путь дальнейшего движения вагонов.
Таким образом, задача требует осмысления всех указанных факторов и их взаимосвязи в контексте конкретной ситуации. Машинист мог использовать законы механики, чтобы замедлить или остановить движение вагонов, предотвращая столкновение с поездом.
Пожауйста, оцените решение
