Для того чтобы определить скорость поезда в начале наблюдения и его ускорение, нужно использовать основные уравнения кинематики. Пусть скорость поезда в начале наблюдения равна (v_0), а ускорение — (a).
Из условия задачи известно, что первый вагон длиной 12 м прошёл мимо наблюдателя за 1 с, а второй вагон той же длины — за 1,5 с.
- Применим уравнение движения для первого вагона:
[ S = v_0 \cdot t_1 + \frac{1}{2} a t_1^2 ]
где (S) — длина вагона (12 м), (t_1) — время прохождения первого вагона (1 с).
Подставим значения:
[ 12 = v_0 \cdot 1 + \frac{1}{2} a \cdot 1^2 ]
[ 12 = v_0 + \frac{1}{2} a ]
(1)
- Применим уравнение движения для второго вагона:
[ S = v_1 \cdot t_2 + \frac{1}{2} a t_2^2 ]
где (v_1) — скорость поезда в тот момент, когда первый вагон уже прошёл мимо наблюдателя.
Сначала найдём (v_1). Скорость (v_1) можно выразить через начальную скорость и ускорение:
[ v_1 = v_0 + a \cdot t_1 ]
где (t_1 = 1) с. Подставим это в уравнение для второго вагона:
[ 12 = (v_0 + a \cdot 1) \cdot 1.5 + \frac{1}{2} a \cdot 1.5^2 ]
[ 12 = 1.5 v_0 + 1.5 a + \frac{1}{2} a \cdot 2.25 ]
[ 12 = 1.5 v_0 + 1.5 a + 1.125 a ]
[ 12 = 1.5 v_0 + 2.625 a ]
(2)
Теперь у нас есть система уравнений:
(1) ( 12 = v_0 + \frac{1}{2} a )
(2) ( 12 = 1.5 v_0 + 2.625 a )
Решим эту систему уравнений. Выразим (v_0) из первого уравнения:
[ v_0 = 12 - \frac{1}{2} a ]
Подставим это выражение во второе уравнение:
[ 12 = 1.5 \left(12 - \frac{1}{2} a\right) + 2.625 a ]
[ 12 = 18 - 0.75 a + 2.625 a ]
[ 12 = 18 + 1.875 a ]
[ 1.875 a = 12 - 18 ]
[ 1.875 a = -6 ]
[ a = -\frac{6}{1.875} ]
[ a = -3.2 \, \text{м/с}^2 ]
Теперь найдём (v_0):
[ v_0 = 12 - \frac{1}{2} \cdot (-3.2) ]
[ v_0 = 12 + 1.6 ]
[ v_0 = 13.6 \, \text{м/с} ]
Таким образом, скорость поезда в начале наблюдения (v_0 = 13.6 \, \text{м/с}) и ускорение (a = -3.2 \, \text{м/с}^2). Правильный ответ — г) 13.6 м/с; -3.2 м/с².