2.2.42. С какой силой давит на землю кобра, когда она, готовясь к прыжку, поднимается вертикально вверх с постоянной скоростью $v$? Масса змеи $m$, её длина $l$.
Решение
Силы действующие на кобру
Для решения задачи воспользуемся вторым законом Ньютона в импульсной форме. Рассмотрим малый участок кобры длиной $\Delta x$ и массой $\Delta m$. При отрыве от земли этот участок скачкообразно приобретает скорость $v$, а значит, и импульс: $$\Delta P = \Delta m \cdot v$$
Так как змея однородна, масса этого малого участка равна: $$\Delta m = \frac{m}{l} \Delta x$$
По второму закону Ньютона, дополнительная сила $F_{\text{имп}}$, необходимая для постоянного ускорения (приведения в движение) всё новых и новых участков поднимающейся змеи, равна скорости изменения импульса: $$F_{\text{имп}} = \frac{\Delta P}{\Delta t} = \frac{\Delta m}{\Delta t} v = \frac{m}{l} \frac{\Delta x}{\Delta t} v$$
Общая сила реакции опоры $N$, с которой земля действует на змею, складывается из силы тяжести всей змеи ($mg$, так как часть на земле давит своим весом, а часть в воздухе поддерживается телом) и этой дополнительной силы $F_{\text{имп}}$: $$N = mg + \frac{mv^2}{l} = m\left(g + \frac{v^2}{l}\right)$$
По третьему закону Ньютона, сила, с которой кобра давит на землю, по модулю равна реакции опоры $N$.