Пусть скорость мальчика v. Скорость поезда в момент, когда он догонит мальчика, - V. Обозначим ускорение поезда через а. Время, через которое поезд догонит мальчика, обозначим через t. Тогда скорость поезда в момент, когда он догонит мальчика, будет равна V=a*t (пока просто запомним это!)
Путь, который пройдет поезд, равен a*t^2/2. Путь, который пробежит мальчик, равен v*t. Эти пути равны.
Приравниваем:
a*t^2/2=v*t
Отсюда (умножаем обе части уравнения на 1/t, это можно сделать поскольку t не равно 0, это надо обязательно указать! Поезд догонит мальчика не МГНОВЕННО, а через некоторый промежуток времени, отличный от 0, иначе ускорение поезда было бы БЕСКОНЕЧНЫМ!):
a*t/2=v
a*t=2*v
Но ведь а*t=V - вспоминаем то, что запомнили - это же скорость поезда в тот момент, когда он догонит мальчика!
Значит,
V=2*v=2*2=4 м/c
Обратите внимание на то, что скорость поезда в тот момент, когда он догонит мальчика, НЕ ЗАВИСИТ ни от УСКОРЕНИЯ поезда, ни от времени "догоняния"! Скорость поезда в тот момент, когда он догонит мальчика, в любом случае, будет он догонять мальчика долю секунды или два часа, будет просто в ДВА РАЗА выше скорости мальчика!
Если ты в 9 классе, то эти два случая и ещё третий, когда cosα =0, значит α= 90°, то есть когда F и S перпендикулярны.