ID: 00026346
Велосипедист из состояния покоя начинает прямолинейное равноускоренное движение по велодорожке в момент, когда мимо него с постоянной скоростью пробегает человек. Скорость велосипедиста в момент, когда он догнал бегуна, равна 4 м/с. Какова скорость бегуна в этот момент?
Источник: ФИПИ
Что происходит. В один и тот же миг и в одной и той же точке велосипедист трогается с места и начинает равномерно разгоняться, а бегун пробегает мимо него с постоянной скоростью. Сначала бегун уходит вперёд, но велосипедист набирает скорость и в какой-то момент его догоняет. «Догнал» означает, что они снова оказались в одной точке, то есть от старта проехали и пробежали одинаковый путь.
Почему решение получается таким коротким. У равноускоренного движения из состояния покоя есть удобное свойство: пройденный путь равен пути при движении со средней скоростью, а средняя скорость — это ровно половина конечной, ведь скорость росла от нуля линейно. Поэтому не придётся искать ни ускорение, ни время: они сократятся сами.
Шаг 1 — путь велосипедиста к моменту встречи. Он стартовал из покоя, его скорость в этот момент v_1=4 м/с. Средняя скорость за всё время разгона равна \dfrac{0+v_1}{2}=\dfrac{v_1}{2}, поэтому путь s_1=\dfrac{v_1}{2}\,t.
Шаг 2 — путь бегуна за то же время: он бежит равномерно, поэтому s_2=v_2 t, где v_2 — искомая скорость.
Шаг 3 — условие «догнал»: пути равны, \dfrac{v_1}{2}\,t=v_2 t. Время встречи не равно нулю, на t можно сократить: v_2=\dfrac{v_1}{2}.
Шаг 4 — считаем: v_2=\dfrac{4}{2}=2 м/с.
Проверим на числах. Пусть ускорение велосипедиста a=2 м/с². Скорость 4 м/с он наберёт за t=2 с, проехав \dfrac{2\cdot 2^2}{2}=4 м. Бегун со скоростью 2 м/с за те же 2 с пробежит 2\cdot 2=4 м. Встретились — и заметь, что ответ не зависит от выбранного ускорения.