解:在第四节车厢经过的过程中,也就是在这4s内,设第四节车厢头经过观察者的速度是V0,第四节车厢尾经过观察者的速度是Vt. 加速度是a.
则有公式:S=V0t+1/2at2.
2aS=vt2-vo2
vt=v0+at
即:5=v0+2a
40a= vt2-vo2
vt=vo+4a
vo=√120a
将这4个公式联解得:a=0.18m/s2
以火车为参考系,此时问题变为人以和火车相反的加速度a穿过静止的长度为20*4=80m的等间距隧道,根据初速度为0的匀变速直线的几个比例关系,可知通过每节车厢时间之比为1:sqrt2-1:sqrt3-sqrt2:2-sqrt3,所以总的时间4s=(2-sqrt3)t,解得t=8+4sqrt3 由x=1/2a t^2d得a=2x/t^2=0.17949m/s^2
通过第四节车厢20米用时4秒,所以第四节车厢中间时刻的速度为v=20/4m/s=5m/s,那么四秒初(也是三秒末)距离第四节车厢中间时刻为2秒,写为v3
有v3=5-2a;
从开始到三秒末应用vt^2-v0^2=2as,其中v0=0,s=3*20m=60m可得方程:4a^2-140a+25=0;
解得a1=(17.5+10根3)=34.82m/s^2;a2=(17.5-10根3)=0.18m/s^2
经验证若取a1则v3为负值,不合题意舍去
故火车起动时加速度为0.18m/s^2
设第三节车厢通过用时t ,根据位移公式有
1/2 a t^2 = 60
再根据第4节车厢通过他眼前所用的时间是4s,得
4[at+a(t+4)]/2=20
解得
a=0.18m/s^2
2.5m/s²