Физика · 2025/26 · Отборочный этап

Встреча в вершине: два направления

Условие

Из укрытия противник запустил дрон, который полетел по прямой с постоянной скоростью v=14 м/сv=14\,\text{м/с} под углом α=45∘\alpha=45^\circ к горизонту. Воин, находящийся на расстоянии L=60 мL=60\,\text{м} от укрытия, сразу же бросил в него камень. Камень попал в дрон в верхней точке своей траектории. С какой начальной скоростью был брошен камень? Считать, что точки броска камня и запуска дрона находятся на одной высоте от поверхности земли. Сопротивлением воздуха пренебречь. Ускорение свободного падения g=10 м/с2g=10\,\text{м/с}^2. Ответ дайте в м/с, округлив его до целых

О задаче · 10 класс · 10 баллов
Олимпиада
Шаг в будущее
Предмет / класс
Физика · 10 класс
Сезон / этап
2025/26 · Отборочный этап
Комплект
Вариант 1 · задача 4
Официальные баллы10 баллов
Сложность Popov Academy4/5 · предварительно

Для подготовки: 10 класс.

Записать идею

Личный черновик для заметок и расчётов. Он никуда не отправляется и не проверяется.

Подсказка 1

В верхней точке вертикальная скорость камня равна нулю. Сначала найдите время по высоте.

Подсказка 2

В горизонтальной координате знак скорости другого тела зависит от его направления.

Разобрать решение по шагам
01

Вершина траектории определяет время

Рассмотрим два допустимых движения в одной вертикальной плоскости через обе начальные точки. Уже этих двух примеров достаточно, чтобы проверить, единственен ли ответ. Ограничение одной плоскостью используем для сравнения примеров, а не приписываем исходному условию. Начало координат — в точке броска, точка запуска другого тела справа на расстоянии LL. У второго тела вертикальная скорость vsin⁡αv\sin\alpha. Пусть камень имеет компоненты начальной скорости ux,uyu_x,u_y, а встреча происходит через t>0t>0. В верхней точке uy−gt=0u_y-gt=0, поэтому uy=gtu_y=gt. Равенство высот даёт

uyt−gt22=vsin⁡α t.u_yt-\frac{gt^2}{2}=v\sin\alpha\,t.

Подставляем uy=gtu_y=gt и сокращаем tt:

gt2=vsin⁡α,t=2vsin⁡αg,uy=2vsin⁡α.\frac{gt}{2}=v\sin\alpha,\qquad t=\frac{2v\sin\alpha}{g},\quad u_y=2v\sin\alpha.
02

Горизонтальное направление не задано

В тексте указан угол к горизонту, но не сказано, уменьшается или увеличивается горизонтальное расстояние от места броска. Обозначим этот выбор знаком σ\sigma: σ=−1\sigma=-1 при полёте в сторону места броска, σ=+1\sigma=+1 при удалении. Тогда

xд=L+σvcos⁡α t,xк=uxt.x_{\text{д}}=L+\sigma v\cos\alpha\,t,\qquad x_{\text{к}}=u_xt.

Из равенства координат

ux=Lt+σvcos⁡α=Lg2vsin⁡α+σvcos⁡α.u_x=\frac Lt+\sigma v\cos\alpha=\frac{Lg}{2v\sin\alpha}+\sigma v\cos\alpha.

По теореме Пифагора полный начальный модуль равен

uσ=4v2sin⁡2α+(Lg2vsin⁡α+σvcos⁡α)2.u_\sigma=\sqrt{4v^2\sin^2\alpha+\left(\frac{Lg}{2v\sin\alpha}+\sigma v\cos\alpha\right)^2}.
К этому шагу
Две геометрии, совместимые с одинаковым углом к горизонтуМесто броскаВторой стартσ = −1σ = +1Расстояние LДва направления при одном угле α = 45°
Две геометрии, совместимые с одинаковым углом к горизонту
03

Проверим оба случая

При v=14 м/сv=14\,\text{м/с}, α=45∘\alpha=45^\circ, L=60 мL=60\,\text{м} и g=10 м/с2g=10\,\text{м/с}^2:

t≈1,980 с,uy≈19,80 м/с.t\approx1{,}980\,\text{с},\qquad u_y\approx19{,}80\,\text{м/с}.
Направление второго телаuxu_x, м/сuu, м/сОкругление
К месту броска20,4120{,}4128,4328{,}432828
От места броска40,2040{,}2044,8244{,}824545

Оба случая встречаются на положительной высоте в вершине траектории; оба совместимы с написанным текстом. Официальный разбор берёт знак минус. На исходной странице нет рисунка, который устранял бы этот выбор. Это два совместимых с условием примера, а не перечень всех возможных пространственных направлений. Для опровержения единственности достаточно уже этих двух случаев.

Ответ

Уже в одной вертикальной плоскости возможны разные значения: 28 м/с28\,\text{м/с} при полёте второго тела по горизонтали к месту броска; 45 м/с45\,\text{м/с} при удалении. Направление в условии не задано.

Главная идея

Угол с горизонтом определяет модуль горизонтальной скорости, но сам по себе не задаёт её знак.

Как заметить эту идею в другой задаче

Встреча двух тел требует равенства обеих координат в один момент; отдельно проверяйте все неуказанные направления.

Возможная ошибка

Выбрать знак минус по привычке — значит принять единственную геометрию без основания.

Источник и примечания

Официальный источник

PDF организатора · страницы 4 · задача 4 ↗

Шаг в будущее · 2025/26 · физика · 10 класс · отборочный этап · вариант 1.

Разбор с оговоркой об источнике: условия или официальный ответ требуют уточнения. Ниже явно разделены вывод и допущения.

Примечания к источнику

Оригинальная страница 4 не содержит рисунка или уточнения горизонтального направления. Официальное решение использует L−vcos⁡α tL-v\cos\alpha\,t, то есть движение к точке броска. Указаны оба допустимых решения.

Можете объяснить решение своими словами?

Учебная схема