Для решения задачи используем закон сохранения импульса. Импульс системы до взаимодействия должен быть равен импульсу системы после взаимодействия, если внешние силы не действуют на систему.
- Определим импульсы тележки и человека до прыжка.
Импульс тележки до прыжка:
[ p{\text{тележка}} = m{\text{тележка}} \cdot v_{\text{тележка}} = 120 \, \text{кг} \cdot 6 \, \text{м/с} = 720 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} ]
Импульс человека до прыжка (считаем скорость человека относительно земли отрицательной, так как он движется навстречу тележке):
[ p{\text{человек}} = m{\text{человек}} \cdot v_{\text{человек}} = 60 \, \text{кг} \cdot (-2{,}5 \, \text{м/с}) = -150 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} ]
Найдем суммарный импульс системы до прыжка:
[ p{\text{система до}} = p{\text{тележка}} + p_{\text{человек}} = 720 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} + (-150 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}) = 570 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} ]
После прыжка человек и тележка движутся вместе с одной скоростью. Обозначим эту скорость как ( v{\text{после}} ). Масса системы после прыжка:
[ m{\text{система}} = m{\text{тележка}} + m{\text{человек}} = 120 \, \text{кг} + 60 \, \text{кг} = 180 \, \text{кг} ]
Используем закон сохранения импульса для определения скорости после прыжка:
[ p{\text{система до}} = p{\text{система после}} ]
[ 570 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} = m{\text{система}} \cdot v{\text{после}} ]
[ 570 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} = 180 \, \text{кг} \cdot v_{\text{после}} ]
Решаем это уравнение для получения ( v{\text{после}} ):
[ v{\text{после}} = \frac{570 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}}{180 \, \text{кг}} = 3{,}167 \, \text{м/с} ]
Таким образом, скорость тележки после прыжка человека составляет примерно ( 3{,}17 \, \text{м/с} ).