Чтобы определить массу железнодорожного состава, который может везти тепловоз с заданным ускорением, можно воспользоваться вторым законом Ньютона. Согласно этому закону, сумма всех сил, действующих на тело, равна произведению массы этого тела на его ускорение:
[ F_{\text{рез}} = ma, ]
где ( F_{\text{рез}} ) — результирующая сила, ( m ) — масса состава, а ( a ) — ускорение.
В данном случае результирующая сила ( F{\text{рез}} ) будет равна разности между максимальным тяговым усилием ( F{\text{тяга}} ) и силой сопротивления движению ( F_{\text{сопр}} ):
[ F{\text{рез}} = F{\text{тяга}} - F_{\text{сопр}}. ]
Подставим известные значения: ( F{\text{тяга}} = 300 ) кН = 300,000 Н, ( F{\text{сопр}} = 100 ) кН = 100,000 Н. Таким образом, результирующая сила будет:
[ F_{\text{рез}} = 300,000 \, \text{Н} - 100,000 \, \text{Н} = 200,000 \, \text{Н}. ]
Теперь можем подставить эту силу в уравнение второго закона Ньютона:
[ 200,000 = m \cdot 0.1. ]
Отсюда находим массу ( m ):
[ m = \frac{200,000}{0.1} = 2,000,000 \, \text{кг}. ]
Таким образом, масса железнодорожного состава, который может везти тепловоз с ускорением 0,1 м/с², составляет 2,000,000 кг или 2000 тонн.