amon, вы правы. Я-то полагала

скоростью в СО, связанной с землей, но ведь понятно, что раз мешок движется некоторое время вместе с тележкой, то его скорость относительно земли будет не под углом

к оси

, так что тут моя невнимательность. Надо было сказать, что

--- скорость относительно тележки, и все выходит вполне благопристойно :). У меня получилось

Правда, под

я подразумевала конечное приращение. Задача школьная, т.е. производные там не уместны. Обычно в школе пишут второй закон Ньютона через отношение конечного приращение импульса к конечному приращению времени и упоминают, что сила --- средняя по всему времени взаимодействия.
Вроде так, если мешок и тележку рассматривать отдельно.
Но если написать ЗСЭ и ЗСИ для системы мешок+тележка, то угол волшебным образом исчезает при решении уравнений. Что за ... ))