Решение на момент правки #8006 от , автор astrosander. Это не текущая версия.
К задаче $2.2.28$
Решебник Савченко

Solutions of Savchenko Problems in Physics
knowledge must be free

    <h3 id="back-link"><a href="/ru#2.2">$\leftarrow$Назад</a></h3>

    <h3> Условие: </h3>

    <p>     
    	$2.2.28^*.$ На тележке установлен цилиндрический сосуд с площадью сечения $S$, наполненный жидкостью плотности $ρ$. От сосуда параллельно полу отходит длинная и тонкая горизонтальная трубка, небольшой отрезок которой вблизи конца загнут по вертикали вниз. Расстояние от оси сосуда до отверстия трубки равно $L$. Уровень жидкости в сосуде опускается с ускорением $a$. Какой горизонтальной силой можно удержать тележку на месте?
    </p>
    <center>
      <figure>
        <img src="statement.png"
          loading="lazy" width="230" />
        <figcaption>
            К задаче 2.2.28
        </figcaption>
      </figure>
    </center>

		<h3> Решение: </h3>
    <p>
      Поместим точку ноль горизонтальной оси под цилиндром. Запишем функцию изменения положения точки центра масс системы от времени:
      $$ x_{c}(t) = \frac{L m(t)}{M}, $$ 
      где $ m(t) $ – масса жидкости, вылившейся из сосуда на расстоянии $ L $, а $ M $ – полная масса жидкости.
  </p>
  <p>
      $$ m(t) = h(t) S \rho $$ 
      где $ h(t) $ – уровень жидкости в сосуде, считая от верхней точки (т.е. $ h(0) = 0 $).
      $$ h(t) = \frac{a t^2}{2}. $$
      Подставим одно в другое и получим:
      $$ x_{c}(t) = \frac{L S \rho a t^2}{2 M}, $$ 
      или
      $$ x_{c}(t) = \frac{a t^2}{2}, $$
      где
      $ a_{c} = \frac{L S \rho a}{M} $ – ускорение центра масс системы.
      Мы видим, что центр масс системы движется по оси $ x $ равноускоренно. Значит, его скорость меняется со временем по закону $ v_{c}(t) = a_{c} t $
  </p>
  <p>
      Теперь мы можем сказать, как зависит от времени импульс системы:
      $$ p(t) = M v_{c}(t). M = a_{c} M. $$
      Воспользуемся вторым законом Ньютона в импульсной форме, чтобы определить силу, в результате действия которой меняется импульс системы (единственная такая сила, действующая по оси $ x $ – это искомая сила реакции опоры).
      $$ F = \frac{dp}{dt} = M a_{c} = \frac{L S \rho a}{M} M. $$
      Наконец, подставив выражение для $ a_{c} $, получим:
      $$ F = \frac{L S \rho a}{M} M$$
      $$\boxed{F = L S \rho a}$$
    </p>

    <h4>
    	Ответ: 
    </h4>
    <p>$$F = SρLa$$</p>

    <footer class="row container">
  <br>
    <p>
        <small> © <strong>Savchenko Solutions</strong>, 2023-2024 <br></small>
    </p>
    <p>
        <small>Все права принадлежат авторам. <br> Коммерческое использование материалов — с письменного разрешения авторов. <br> alex@savchenkosolutions.com <br></small>
    </p>
</footer>