Здравствуйте, Iamsillysholar!
Дано : Vк=20 км/с , V
Б=5 км/с , начальная дистанция D0=60 км, [$945$]=60°
Вычислить минимальную дистанцию Dm .
Решение : Указанное в Условии задачи "
пространство за орбитой Плутона" означает пренебрежимо малое влияние Солнца на искривление траекторий Космического корабля и болида в течение мизерной длительности (по космическим масштабам) процесса нашей задачи (разминовки корабля и болида). Значит, можно решать задачу так, будто всё происходит в инерциальной системе отсчёта без помех от Солнца, Плутона и прочих небесных тел.
Поместим карту движания Космического корабля на координатную плоскость X0Y . Пусть корабль движется вверх по оси 0Y от начала координат 0,0 . Отложим "
прямо по курсу на расстоянии 60 км" точку болида с координатами 0,D
0 .
Движение корабля опишем простейшей формулой
Xк=0 , Yк(t) = Vк·t , где t - текущее время в секундах.
Тогда "
болид, летящий со скоростью 5 км/с навстречу кораблю под углом 60° к соединяющей их линии" движется по формуле
X
Б(t) = V
Б·sin([$945$])·t
Y
Б(t) = D0 - V
Б·cos([$945$])·t
Расстояние м-ду 2мя точками X1,Y1 и X2,Y2 на плоскости вычисляется, как корень
[$8730$][(X
1-X
2)
2 + (Y
1-Y
2)
2]
В нашем упрощённом случае дистанция м-ду кораблём и болидом
D(t) = [$8730$][(X
Б(t) - Xк)
2 + (Y
Б(t) - Yк(t))
2] = [$8730$][(V
Б·sin([$945$])·t)
2 + (D0 - V
Б·cos([$945$])·t - Vк·t)
2]
Чтоб вычислить минимальную дистанцию Dm м-ду кораблём и болидом, возьмём производную дистанции D(t) по времени и приравняем эту производную нулю.
Решать это уравнение Вы можете любым удобным Вам способом. Я делаю вычисления в приложении
ru.wikipedia.org/wiki/Mathcad . Маткад вычисляет всё быстро и страхует от ошибок типа "человеческий фактор". Маткад-скриншот прилагаю. Я добавил в него подробные комментарии зелёным цветом.
Маткад возвратил решение : Минимальная дистанция будет в момент tm = 2,57 сек.
В это время искомая дистанция будет 11,3 км.
Ответ : минимальное расстоянии м-ду кораблём и болидом будет 11 км.
Если у Вас нет Маткада, то выражение производной Вы можете получить по правилу "
Производная сложной функции равна произведению производной этой функции по промежуточному аргументу на производную промежуточного аргумента по независимой переменной" (см "Решение производной для чайников: определение, как найти, примеры решений"
Ссылка2 )
В выражении производной можно игнорировать громоздкий знаменатель, поскольку нужное для решения условие равенства производной нулю находится в простом числителе
525·t - 1350 = 0 , откуда t = 2,57 сек.
Прилагаю обычный и анимированный графики движения космолёта и болида.
Доп-инфо по теме Вашего Вопроса : "Что такое Инерциальная система отсчёта?" - цитирую : "
Чтобы выяснить, является ли та или иная система отсчета инерциальной, достаточно сопоставить ускорения тел относительно этой системы отсчета с силами, действующими на эти тела со стороны других тел. Если эти силы объясняют наблюдаемые движения тел, т. е. силы и ускорения во всех случаях удовлетворяют второму закону Ньютона, то система инерциальна. Если же оказывается, что имеются ускорения, кот-е нельзя объяснить действием других тел, это значит, что система НЕинерциальна, а ускорения вызываются соответственными силами инерции". Источник - приложение к Ответу
rfpro.ru/question/196400 .