...сделав из неё замкнутое гибкое кольцо. Затем последнее в одной точке натянули так, что образовалась некоторая щель между нитью и поверхностью Луны. Определить высоту этой щели.
У меня получилось 78,78 м. А у вас?
Естественные науки
Положим, что вокруг Луны по экватору (экваториальный радиус 1738,14 км) протянули нить, и к её длине прибавили 1 м,...
R = 1738 километров, пусть высота объекта = h
центральный угол b = arccos(R/(h+R))
дальность горизонта от верхушки объекта высотой h составит R*tan(b), длина по поверхности шара = R*b, по условию R*(tan(b)-b) = 0.5 метра, вспоминаем разложение тангенса в ряд = b + b^3/3 +остальным пренебрегаем, значит
b^3/3 = 0.5/R = 0.5/1738000
b = 0.00952 радиан
b = arccos(1/(h/R+1))
h = R*(1/cos(b) - 1) = 1738000*(1/cos(0.00952/pi*180)-1) = 78.76 м
центральный угол b = arccos(R/(h+R))
дальность горизонта от верхушки объекта высотой h составит R*tan(b), длина по поверхности шара = R*b, по условию R*(tan(b)-b) = 0.5 метра, вспоминаем разложение тангенса в ряд = b + b^3/3 +остальным пренебрегаем, значит
b^3/3 = 0.5/R = 0.5/1738000
b = 0.00952 радиан
b = arccos(1/(h/R+1))
h = R*(1/cos(b) - 1) = 1738000*(1/cos(0.00952/pi*180)-1) = 78.76 м
Юлия Евдокушина
Эту задачу (применительно к Земле) то ли решил здесь, то ли сам задал 3-4 года назад. Кажется, и я использовал разложение тангенса в ряд. Сейчас же применил просто функцию инволют inva= tga-a.
Юлия Евдокушина
Вот ещё задача, очень созвучная с этим: https://otvet.mail.ru/question/209928027
0.1591549431 м
R1 = (2 Pi R0 + L)/(2 Pi)
R1 - R0 = L/(2 Pi)
R1 = (2 Pi R0 + L)/(2 Pi)
R1 - R0 = L/(2 Pi)
Юлия Евдокушина
Такая попытка уже была до вас.
Пусть радиус Луны R. Длина нити стала 2пR+1, Радиус окружности, соответствующий такой длине окружности, равен R+1/2п, значит, над поверхностью нить будет находиться на расстоянии 1/2п (м).
Юлия Евдокушина
Натянута В ОДНОЙ ТОЧКЕ; значит, основная часть нити сидит плотно по экватору, а там, где нить натянута, образовалась щель. У вас же зазор распределён поровну по всей длине экватора.
Геометр... Геометрия - наука абстрактная. С чётко определёнными правилами. Поэтому у геометра просто недостаточно знаний, чтобы выходить за рамки бытовых вещей. А вот физик просто из опыта знает, насколько это мистическая вещь - верёвка вокруг планеты. Поехали:
как правильно заметили геометры, R*(tan(b)-b) = 0.5 метра, b = 0.00952 радиан, h = 1738000*(1/cos(0.00952)-1) = 78.76 м (гугл и яндекс калькуляторы считают в радианах, зачем там в градусы переводить)
Длина поверхности Луны, где верёвка её не касается - R*2*b=33091 м (33 километра с хвостиком, разница в 1 метр уже не чувствуется). На Луну оно не опирается, натянуто в одной точке - как минимум вес этой части нити в натяжение нити перешёл.
F=mg=ρVg=ρLSg. Натяжение нити σ=F/S=ρLg. Относительное удлинение нити при таком натяжении ε=σ/E=ρLg/E. Так как натяжение из-за собственного веса, оно спадает вдоль нити до нуля, так что абсолютное удлинение нити ΔL=Lε/2=ρL²g/2E. Напряглись из-за величины L²? Правильно напряглись.
Резину брать не будем. Пусть это сталь. ρ=7700 кг/м³,
E=200000 МПа=200000000000 Па. Тоже не мало. Из-за этого числа обычно натяжением стальной нити пренебрегают. Но нитка длиной в 33 километра - это всё-таки объект, в быту не встречающийся.
Ну и g=1.6 м/с², Луна всё-таки.
Собираем: 33000^2*1.6*7700/(2*200000000000)=33 метра.
Итого, помимо удлинения в 1 метр, заложенного в условии, из-за собственного веса нитка удлинится ещё минимум на 33 метра. Что неизбежно скажется на высоте подъёма (и на длине, которая оторвётся от поверхности, и на усилии, которым эту длину придётся поднимать, и на дальнейшем удлинении из-за увеличения этого усилия... тяжело там). Так что увы, простая геометрическая модель не отвечает физике описанной картинки. Сплошь и рядом такое происходит, когда составители задач хотя получить какой-то парадоксальный ответ.
как правильно заметили геометры, R*(tan(b)-b) = 0.5 метра, b = 0.00952 радиан, h = 1738000*(1/cos(0.00952)-1) = 78.76 м (гугл и яндекс калькуляторы считают в радианах, зачем там в градусы переводить)
Длина поверхности Луны, где верёвка её не касается - R*2*b=33091 м (33 километра с хвостиком, разница в 1 метр уже не чувствуется). На Луну оно не опирается, натянуто в одной точке - как минимум вес этой части нити в натяжение нити перешёл.
F=mg=ρVg=ρLSg. Натяжение нити σ=F/S=ρLg. Относительное удлинение нити при таком натяжении ε=σ/E=ρLg/E. Так как натяжение из-за собственного веса, оно спадает вдоль нити до нуля, так что абсолютное удлинение нити ΔL=Lε/2=ρL²g/2E. Напряглись из-за величины L²? Правильно напряглись.
Резину брать не будем. Пусть это сталь. ρ=7700 кг/м³,
E=200000 МПа=200000000000 Па. Тоже не мало. Из-за этого числа обычно натяжением стальной нити пренебрегают. Но нитка длиной в 33 километра - это всё-таки объект, в быту не встречающийся.
Ну и g=1.6 м/с², Луна всё-таки.
Собираем: 33000^2*1.6*7700/(2*200000000000)=33 метра.
Итого, помимо удлинения в 1 метр, заложенного в условии, из-за собственного веса нитка удлинится ещё минимум на 33 метра. Что неизбежно скажется на высоте подъёма (и на длине, которая оторвётся от поверхности, и на усилии, которым эту длину придётся поднимать, и на дальнейшем удлинении из-за увеличения этого усилия... тяжело там). Так что увы, простая геометрическая модель не отвечает физике описанной картинки. Сплошь и рядом такое происходит, когда составители задач хотя получить какой-то парадоксальный ответ.
Юлия Евдокушина
Сами пишете: "Геометр..." А у геометра нить невесомая нерастяжимая. Впрочем, я не геометр, а инженер-механик. И мне не чужд физика, которую вы так часто повторяете. Когда считаю нужным, к геометрии "упрягаю" и физику.
Юлия Евдокушина
...не чужда...
Похожие вопросы
- Груз массой m=1 кг, подвешенный на нити длиной L=1 м
- Представьте: Земля - идеально гладкий шар, по экватору плотно обтянули нерастяжимой верёвкой. Вставили в верёвку 1 м.
- Что за свечение вокруг луны ?
- Кто вокруг кого крутится земля вокруг луны или луна вокруг земли?
- что за явление мы наблюдали в ночь с 7.12.09 на 8.12.09 вокруг луны? Кто-нибудь, что-нибудь знает?
- Что пролетело вокруг луны 2011 06 07
- Почему земля вращается вокруг луны?
- Вопросец из программы 1 класса! Земля вокруг Луны вращается или наоборот?
- Почему вокруг земли есть воздух, а вокруг луны нет?
- Почему 1 м/с равен 3.6 км/ч, как вывели это?