Помогите пожалуйста разобраться в решении задачи по физике (механика)

Question

Помогите, пожалуйста, разобраться с задачей по физике (механика) .
Струя воды ударяется о неподвижную плоскость, поставленную под углом фи = 60° к направлению движения струи. Скорость v струи равна 20 м/с, площадь S е поперечного сечения равна 5 см^2. Определить модуль силы F давления струи на плоскость.
Ниже приведен рисунок и мои рассуждения относительно процесса задачи.
Рисунок:
 
В левом верхнем углу рисунка показана ситуация до столкновения с плоскостью (ось х) : на малую массу m действует сила напора воды F и сила реакции следующих слоев воды N (воды) . Эти силы уравновешивают друг друга, поэтому скорость постоянна. Также имется импульс р1. Поскольку в условии не указана ориентация направления струи или плоскости относительно горизонта, то силой тяжести пренебрегаем. Направление струи показано пунктиром.
В начале кординат все та же малая масса m0 ударяется об плоскость. При этом на m продолжает действовать все та же сила F от предыдущих слоев воды. Остается все тот же импульс р1. А вместо силы N (воды) на m действует сила N плоскости, отвечающая на силу F. Сила N перпендикулярна плоскости, а по модулю она равна проекции силы F на ось у. Других сил нет, поэтому векторный вид второго закона Ньютона будет такой:
ma = F + N.
Я не очень понимаю, какую силу нужно найти. N – это сила «отпора» плоскости, значит сила «напора», т. е. сила (значащего) давления струи будет искомой. С другой стороны Струя действует на плоскость именно с силой F, значит искать нужно её.
Какую силу выбрать и почему именно её? Правильно ли я понимаю, что N = F cos (90-фи) = F sin (фи) ?
Дальнейше направление струи: сначала мне казалось, что угол падения равен углу отражения, поэтому струя «отскочит». Но сложив (по правилу) параллелограмма силы N и F получается, что ускорение направлено по оси х. Значит скорость (следовательно, и импульс p2) не могут направиться под каким-либо углом к плоскости. Правильно ли я рассуждаю? (Опыт с пульвизатором и стенкой шкафа показал, что я прав) ) .
Само решение: (p2-p1) /t = F + N, где t – время воздействия силы F + N на массу m = ро* v*s*t, где «ро» - плотность воды. Проекция на ось х: mv (1-cos (фи) /t = F cos (фи) . Проекция на ось у: mv*sin (фи) /t = N – F sin (фи) . Из проекции на ось х, F = ро*S*v^2 (1-cos (фи) /cos (фи) =200Н. Но есть проблема с проекцией на ось у: если N = F sin (фи) , то (p2-p1) = 0, что неверно, а если N не равна F sin (фи) , то направление p2 «съезжает», и все вобще неправильно (
Я нашел решение в интернете: Решение 1.
Формула «дельта р/дельта t = F» применена для одной силы F, которую и находят. А мне видится, что в момент удара участвуют две силы и только одна из них искомая. Прав ли я? Если нет, то почему? Плюс здесь угол падения и отражения совпадают.
 
Очень хочу разобраться! Помогите, пожалуйста! Объясните, что неверно в моих рассуждениях!

Answer 1

Сила давления струи равна силе реакции поверхности и направлены они противоположно по вертикали. Т. к. удар струи считается упругим, горизонтальная составляющая импульса струи не изменяется, горизонтальной силы F как показано на Вашем рисунке нет. Такая ситуация была бы в случае неупругого удара - струя "прилипает" к поверхности.
В остальном см. решение.

Answer 2

Находить силу нормального давления не нужно. Перечитайте условие. В задаче ясно сказано что нужно найти силу с которой струя давит на плоскость. То есть просто записываете второй закон ньютона для этой силы и этого будет достаточно.
 
Ох, виноват. Здесь он не подойдет. Собственно как в решении написано F=dp/dt (нужно взять производную от импульса по времени чтобы получить силу) .