Để tính các thông số yêu cầu, ta sẽ sử dụng phương trình chuyển động chậm dần đều:
1. Tính lực:
Theo phương trình chuyển động chậm dần đều, ta có:
F = m*a,
trong đó F là lực, m là khối lượng và a là gia tốc.
Với đầu máy tàu hoả có khối lượng 60 tấn, ta chuyển đổi thành kg: m = 60 * 1000 kg = 60000 kg.
Gia tốc a được tính bằng công thức: a = g * sinα, với g là gia tốc trọng trường và α là góc nghiêng của dốc.
Với g = 10 m/s^2 và sinα = 0,050, ta có:
a = 10 * 0,050 = 0,5 m/s^2.
Áp dụng vào công thức, ta tính được:
F = 60000 kg * 0,5 m/s^2 = 30000 N.
Do đó, lực tác động lên đầu máy tàu hoả là 30000 N.
2. Tính thời gian:
Ta sẽ sử dụng phương trình chuyển động chậm dần đều:
s = v0*t + (1/2)*a*t^2,
trong đó s là quãng đường, v0 là vận tốc ban đầu, a là gia tốc và t là thời gian.
Với quãng đường s = 200 m, vận tốc ban đầu v0 = 72 km/h = 72 * 1000/3600 m/s = 20 m/s và gia tốc a = -0,5 m/s^2 (do đầu máy chạy chậm dần).
Áp dụng vào công thức, ta có:
200 = 20*t + (1/2)*(-0,5)*t^2.
Đây là một phương trình bậc hai, ta giải nó để tìm thời gian t. Giải phương trình ta có t = 20 giây hoặc t = 40 giây. Vì trường hợp t = 40 giây không phù hợp trong trường hợp này (đầu máy đã dừng lại trước đó), nên kết quả thích hợp là t = 20 giây.
Do đó, thời gian đầu máy đi được quãng đường 200m trên là 20 giây.