Тело брошено со скоростью V0 под углом α к горизонту. Сопротивление воздуха не учитывается. Определить радиус кривизны R в точке М на траектории полёта тела, в которой окажется оно через время t после бросания.
Общий вид формулы оказывается довольно громоздким (во всяком случае, так получилось у меня); поэтому достаточно лишь описывать ход решения.
Естественные науки
Вопрос о радиусе кривизны
Траектория - это ведь некоторая парабола вида y = a + b*x + c*x^2, верно?
А кривизна на плоскости задается просто:
к = |f''|/(1 + (f')^2)^(3/2) = |2c|/(1 + (b+2cx)^2)^(3/2)
Значит, R = 1/к = |1/2c|*(1 + (b+2cx)^2)^(3/2)
Теперь просто осталось найти константы a, b, c,
а время с координатой по x легко связывается, x = x0 + v0*cos(a)*t.
А кривизна на плоскости задается просто:
к = |f''|/(1 + (f')^2)^(3/2) = |2c|/(1 + (b+2cx)^2)^(3/2)
Значит, R = 1/к = |1/2c|*(1 + (b+2cx)^2)^(3/2)
Теперь просто осталось найти константы a, b, c,
а время с координатой по x легко связывается, x = x0 + v0*cos(a)*t.
Marco Bresciani
В двух местах вы пишете "просто", в одном - "легко". С общей формулой радиуса кривизны через производные и я знаком. Но мне показалось, что пойти по обычному "школьному пути", без применения производных и использования готовой формулы всё-таки полезнее и легче. Однако может быть, я ошибаюсь.
Можно честно вписать окружность в тректорию в окрестности какой-то точки, и посмотреть, какой у нее радиус.
Marco Bresciani
C хорошей завистью отношусь к тем, кто умеет работать на Автокаде. Есть ли на нём операция - "кликнул" на точку кривой - и выдал наиболее прилегающую окружность?
Marco Bresciani
Вот и уже вписали выше товарищи аналитически.
Есть довольно простой путь решения (хотя сами формулы действительно получаются громоздкими).
Вектор ускорения тела (или материальной точки) можно разложить на две компоненты - тангенциальную (направленную по касательной к траектории, т. е. параболе) и нормальную (направленную к центру кривизны в данной точке траектории). Сумма же этих компонент есть просто вектор g, который направлен вертикально вниз и не зависит от времени.
Модуль нормального ускорения тела по известной формуле равен просто v²/R, где v - модуль мгновенной скорости тела в данный момент времени, R - искомый радиус кривизны траектории. Модуль же вектора тангенциального ускорения - это производная модуля его скорости по времени.
Следовательно, путь решения такой.
Записываем кинематические формулы для координат тела, брошенного под углом горизонту:
x(t) = v0*cos α*t
y(t) = v0*sin α*t - gt²/2
Считаем, что тело брошено из начала координат (x0 = y0 = 0)
Производные этих формул дадут нам зависимости проекций скорости от времени:
v_x(t) = v0*cos α
v_y(t) = v0*sin α - gt
Модуль вектора скорости равен квадратному корню из суммы квадратов проекций:
v(t) = √((v0*cos α)² + (v0*sin α - gt)²)
Или после раскрытия скобок:
v(t) = √(v0² - 2v0*sin α*gt + g²t²)
Производная модуля вектора скорости по времени - это модуль тангенциального ускорения:
a_т (t)= dv(t) / dt = (g²t - v0*sin α*g) / √(v0² - 2v0*sin α*gt + g²t²)
(если я нигде не ошибся в выкладках).
Модуль полного ускорения с одной стороны равен просто g, а с другой - корню квадратному из суммы квадратов модулей векторов тангенциального и нормального ускорений (поскольку эти векторы взаимно перпендикулярны). Отсюда, зная g и a_т, определяем a_n - модуль вектора нормального ускорения:
a_n = √(g² - a_т²)
А сам радиус кривизны тогда будет: R(t) = v²(t) / a_n (t).
Вектор ускорения тела (или материальной точки) можно разложить на две компоненты - тангенциальную (направленную по касательной к траектории, т. е. параболе) и нормальную (направленную к центру кривизны в данной точке траектории). Сумма же этих компонент есть просто вектор g, который направлен вертикально вниз и не зависит от времени.
Модуль нормального ускорения тела по известной формуле равен просто v²/R, где v - модуль мгновенной скорости тела в данный момент времени, R - искомый радиус кривизны траектории. Модуль же вектора тангенциального ускорения - это производная модуля его скорости по времени.
Следовательно, путь решения такой.
Записываем кинематические формулы для координат тела, брошенного под углом горизонту:
x(t) = v0*cos α*t
y(t) = v0*sin α*t - gt²/2
Считаем, что тело брошено из начала координат (x0 = y0 = 0)
Производные этих формул дадут нам зависимости проекций скорости от времени:
v_x(t) = v0*cos α
v_y(t) = v0*sin α - gt
Модуль вектора скорости равен квадратному корню из суммы квадратов проекций:
v(t) = √((v0*cos α)² + (v0*sin α - gt)²)
Или после раскрытия скобок:
v(t) = √(v0² - 2v0*sin α*gt + g²t²)
Производная модуля вектора скорости по времени - это модуль тангенциального ускорения:
a_т (t)= dv(t) / dt = (g²t - v0*sin α*g) / √(v0² - 2v0*sin α*gt + g²t²)
(если я нигде не ошибся в выкладках).
Модуль полного ускорения с одной стороны равен просто g, а с другой - корню квадратному из суммы квадратов модулей векторов тангенциального и нормального ускорений (поскольку эти векторы взаимно перпендикулярны). Отсюда, зная g и a_т, определяем a_n - модуль вектора нормального ускорения:
a_n = √(g² - a_т²)
А сам радиус кривизны тогда будет: R(t) = v²(t) / a_n (t).
Marco Bresciani
Да, всё верно. Заключительную часть я выполнил несколько иначе. Тангенс угла касательной в точке М относительно оси х: tgφ= Vy/Vx= (V0sinα-gt)/(V0cosα)= tgα-gt/(V0cosα). Отсюда находится φ. С другой стороны угол φ есть угол между g и нормальным ускорением аn. Тогда an= gcosφ. Ну, а дальше ясно.
Если не ошибаюсь, нигде не упоминается производная.
Если не ошибаюсь, нигде не упоминается производная.
Marco Bresciani
Спасибо за оценку. При выборе ЛО я остался между Сциллой и Харибдой. Но поскольку в вопросе не оговорил некоторые условия, сделал выбор, который всё же считаю правильным.
Похожие вопросы
- Привет друзья! (не надо оваций). :) На Ваш взгляд...,а каков радиус кривизны "колеса Фортуны" и почему ?? :)
- Что означает бесконечный радиус кривизны?
- Почему темная энергия не может быть кривизной сферичного пространства вселенной?
- Чем больше радиус у планеты тем сильней сила притяжение на планете?или чем меньше радиус тем сильней сила притяжение?
- Почему глупцы считают, что если световой луч искривляется в сильном поле тяготения, то это означает кривизну пр-ва ?
- Ядерный взрыв:какие существуют формулы расчёта радиусов поражения?
- ФИЗИКА .. радиус луны приблизительно в 3,7 раза меньше, чем радиус земли
- если посчитать гравитационный радиус или радиус Шварцшильда для нашей Вселенной, получается
- Как узнать радиус, сопряжение.
- Перевод радиуса из километров в метры