Question

Огнетушитель массой 2 кг выбрасывает 0,2 кг пены за 1 с со скоростью 40 м/с (рис. 27.3). Какую горизонтально направленную силу надо прикладывать к огнетушителю в момент начала его работы, чтобы он оставался в покое, если струя пены направлена горизонтально? Есть ли в условии лишние данные?

Answer 1

дано:
масса огнетушителя (m) = 2 кг  
масса пены, выбрасываемой за 1 с (m_вода) = 0,2 кг  
скорость выбрасываемой пены (v) = 40 м/с  

найти:
горизонтально направленную силу (F)

решение:
Для начала найдем импульс, который передает струя пены. Изменение импульса огнетушителя равно импульсу, создаваемому струей:

ΔP = m_вода * v

Подставим известные значения:

ΔP = 0,2 кг * 40 м/с = 8 кг·м/с

Так как струя пены выбрасывается горизонтально, то огнетушитель будет испытывать реактивную силу в противоположном направлении. Чтобы огнетушитель оставался в покое, необходимо приложить силу F, равную силе, создаваемой струей.

По второму закону Ньютона, сила равна изменению импульса во времени:

F = ΔP / Δt

Поскольку Δt = 1 с:

F = 8 кг·м/с / 1 с = 8 Н

ответ:
горизонтально направленная сила, которую необходимо прикладывать к огнетушителю, чтобы он оставался в покое, составляет 8 Н.

Лишние данные в условии: масса огнетушителя не влияет на расчет силы, необходимой для его удержания в покое, если мы рассматриваем только горизонтальную составляющую.