Два космонавта (А и В), связанные тросом АВ длиной L, двигались по инерции с постоянной скоростью V вдоль прямой АВ. Космонавтам нужно добраться до цели, расположенной в точке С (см. рис.), однако ранец с двигателем имеется лишь у космонавта А. Когда расположение цели характеризовалось расстояниями a и b, показанными на рисунке, космонавт А направил сопло перпендикулярно тросу и включил двигатель ранца на короткое время. При этом скорость космонавта А сразу после выключения ранца оказалась направленной прямо на цель. В результате дальнейшего движения один из космонавтов, к своему удивлению, оказался точно у цели. Сколько времени продолжалось движение до цели, начиная с момента отключения двигателя? Влиянием гравитации пренебречь; считать, что за время работы ранца космонавты сдвинулись незначительно. Массы космонавтов одинаковые, трос не провисал.
Введём ось x, параллельную a и ось y, параллельную b. Первоначально центр масс космонавтов приближался к цели вдоль оси x со скоростью V. Когда ранец сработал, космонавт A приобрёл скорость перпендикулярную тросу, и V вдоль троса, причём
При этом центр масс космонавтов стал двигаться теперь уже приближаясь к цели и вдоль оси y — со скоростью В системе отсчёта центра масс оба космонавта движутся по окружности радиуса со скоростью то есть с угловой
Заметьте, траектория каждого космонавта — довольно сложная кривая (циклоида), однако описать её легко именно рассмотрев их движение как суперпозицию равномерного движения центра масс и равномерного вращения вокруг этого центра.
Условие встречи космонавта с целью в проекции на ось y (T — искомое время):
здесь в левой части — путь, пройденный центром масс, ωT — угол, на который повернулся трос. Знак зависит от того, какой из двух космонавтов встретится с целью. В это равенство можно подставить найденное
Аналогично запишем условие встречи космонавта с целью в проекции на ось x (здесь до цели лететь путь
Из полученных двух уравнений можно выразить и и записать условие
которое представляет собой квадратное уравнение относительно T и из которого выражается ответ задачи.
Ответ: cуществует два решения: где