Локомотив сцеплен с вагоном. Сила, с которой локомотив действует на вагон, равна силам, препятствующим движению вагона. Другие силы на движение вагона не влияют. Систему отсчета, связанную с Землей, считайте инерциальной. В этом случае: 1) вагон может только покоиться; 2) вагон может только двигаться с постоянной скоростью; 3) вагон движется с постоянной скоростью или покоится; 4) вагон движется с ускорением.

Разберём задачу шаг за шагом.

У нас есть локомотив, сцепленный с вагоном, и на вагон действует сила от локомотива. Сила, с которой локомотив действует на вагон, равна силам, препятствующим движению вагона (например, силам трения). Другие силы на движение вагона не влияют. Система отсчета — инерциальная, то есть законы Ньютона действуют без поправок на ускорение.

Сначала вспомним второй закон Ньютона:

где $\vec{F}_\text{рез}$ — суммарная сила, действующая на тело, $m$ — масса тела, $\vec{a}$ — его ускорение.

В нашем случае:

• Сила локомотива $F_\text{лок}$ направлена вдоль движения вагона.

• Сила сопротивления $F_\text{тр}$ направлена противоположно движению.

• По условию, $F_\text{лок} = F_\text{тр}$.

Тогда суммарная сила на вагон:

Если $F_\text{рез} = 0$, ускорение вагона равно нулю ($a = 0$).

Это значит, что вагон не ускоряется, то есть:

• он может оставаться в покое, если изначально был неподвижен,

• или двигаться с постоянной скоростью, если уже двигался.

Он не может ускоряться, потому что для ускорения нужна ненулевая результирующая сила.

Следовательно, правильный вариант ответа:

3) вагон движется с постоянной скоростью или покоится.