Скоростной электропоезд «Сапсан» ехал по прямому горизонтальному пути со скоростью υ = 180 км/час. Пассажир поезда повесил перед собой отвес и стал следить за его поведением. В некоторый момент поезд начал тормозить с постоянным ускорением, чтобы остановиться в Твери. При этом отвес в начале торможения отклонился на максимальный угол α = 5,7°, а дальше колебался с медленно уменьшающейся амплитудой вплоть до остановки поезда. На каком расстоянии L от вокзала в Твери «Сапсан» начал торможение?
Сила натяжения нити отвеса, равная по модулю и противоположная по направлению (согласно третьему закону Ньютона и определению веса тела) весу
грузика отвеса массой m, при движении поезда с постоянной скоростью направлена вертикально и по модулю равна mg. После начала торможения с постоянным ускорением
грузик отвеса по инерции продолжает движение вперед, нить и сила
отклоняются от вертикали, а отвес колеблется. Вес
грузика при новом положении равновесия отвеса складывается из вертикальной составляющей
и горизонтальной составляющей
где сила
согласно второму закону Ньютона сообщает грузику ускорение
по горизонтали:
Направление покоящегося отвеса в тормозящем поезде составляет с вертикалью малый угол Поскольку начальное угловое отклонение отвеса от нового положения равновесия равно
то при малом затухании колебаний максимальное отклонение отвеса от вертикали равно
откуда
и, согласно известной кинематической формуле, путь до остановки при равнозамедленном движении равен:
(Тут υ = 180 км/час = 50 м/c, α = 5,7° ≈ 0,1 радиана, g = 10 м/с2.)
Ответ: 2,5 км.

