ВУЗы и колледжи
Поиогите решить задачу по физике.
Вверх по наклонной плоскости, образующей угол α к горизонту, движется брусок. В тот момент, когда его скорость равна V, на брусок вертикально падает со скоростью v пластилиновый шарик такой же массы, как и брусок, и прилипает к нему. Определить время τ, через которое брусок с шариком остановятся. Коэффициент трения равен μ. При каком значении μ это возможно?
Для начала нарисуйте наклонную плоскость (треугольник лежащий на горизонтальной поверхности) , брусок на ней, в центре бруска поставьте точку О и из этой точки нарисуйте векторы сил, действующих на брусок:
1. вертикально вниз направлен вектор силы тяжести.
2. перпендикулярно поверхности наклонной плоскости направлен вектор реакции опоры.
3. вдоль плоскости вниз (противоположно вектору скорости) направлен вектор силы трения.
Теперь для нарисуйте систему координат с центром в точке О так, что ось ОХ шла вдоль наклонной плоскости, а ось OY перпендикулярно ей вверх (так же, как и вектор реакции опоры) .
Осталось теперь правильно поставить уголы между осями ОY, ОХ и вектором силы тяжести. Я надеюсь из рисунка догадаетесь, какой из них альфа.
Ну а поставив углы нарисуйте проекцию силы тяжести на каждую из осей.
Теперь всю подготовительную работу мы выполнили. Идем дальше.
Т. к. брусок движется вверх, а про того, кто тянет его вверх ничего не сказано, то считаем, что он движется вверх по инерции. При этом сила трения и проекция силы тяжести на ось ОХ тянут его вниз. Таким образом, согласно второму закону Ньютона имеем равнозамедленное движение, описываемое уравнением:
dp/dt = -F
минус стоит потому, что сила F противоположна по направлению импульсу бруска p.
В тот момент, когда скорость бруска равна V его импульс будет равен p = mV и он будет направлен вдоль оси ОХ вверх (считаем это положительным направлением) . В этот момент на брусок падает кусок пластилина. Этот кусок имеет импульс, равный р1, а его проекции на оси ОХ и OY равны р1х и р1у (углы вектора импульса р1 с осями будут точно такими же, как и углы вектора силы тяжести, так что величины проекций найдете аналогично) .
Согласно закону сохранения импульса, сумма проекций импульса бруска и пластилина на ось ОХ должна сохраняться, т. е. :
p - p1x = Pх
где Рх - проекция импульса бруска и пластилина после слипания. Минус стоит потому, что вектора импульсов направлены в противоположную сторону.
А вот проекцию импульса кусочка пластилина на ось OY рассматривать не буду, т. к. основание, по которому движется брусок штука очень тяжелая, и изменение его импульса можно считать пренебрежимо малой величиной.
Таким образом мы получили величину импульса Рх = 2mVx, который имеет брусок с пластилином после слипания. (2m - потому что масса пластилина равна массе бруска). Это мы будем считать начальным условием - или начальным импульсом системы. Конечный импульс системы (после остановки) , очевидно, равен 0.
Вспомним вот это:
dp/dt = -F
уравнение. Именно из него мы найдем закон изменения импульса со временем и время остановки. Справа в уравнении стоит суммарная сила, действующая на брусок с пластилином. Она равна проекции силы тяжести на ось ОХ плюс сила трения. Сила трения, как известно, равна:
Ft = N*μ
где N - реакция опоры, равная проекции силы тяжести, действующей на брусок с пластилином, на ось ОY. То есть величине 2mg умноженной на косинус соответствующего угла (про углы между проекциями и исходными векторами я уже говорил) . Таким образом наше дифференциальное уравнение принимает вид:
dp/dt = -mgx - 2mgxμ = mg(1 - 2μ)
И начальные условия:
Рх = 2mVx при t = 0
Интегрируете, получаете зависимость Px(t).
Приравняв ее к нулю найдете время до остановки. Ну и очевидно, что если величина:
(1 - 2μ) будет положительной, то импульс будет только возрастать и никогда не станет равным нулю. Отсюда находите величину μ отвечающую на второй вопрос.
1. вертикально вниз направлен вектор силы тяжести.
2. перпендикулярно поверхности наклонной плоскости направлен вектор реакции опоры.
3. вдоль плоскости вниз (противоположно вектору скорости) направлен вектор силы трения.
Теперь для нарисуйте систему координат с центром в точке О так, что ось ОХ шла вдоль наклонной плоскости, а ось OY перпендикулярно ей вверх (так же, как и вектор реакции опоры) .
Осталось теперь правильно поставить уголы между осями ОY, ОХ и вектором силы тяжести. Я надеюсь из рисунка догадаетесь, какой из них альфа.
Ну а поставив углы нарисуйте проекцию силы тяжести на каждую из осей.
Теперь всю подготовительную работу мы выполнили. Идем дальше.
Т. к. брусок движется вверх, а про того, кто тянет его вверх ничего не сказано, то считаем, что он движется вверх по инерции. При этом сила трения и проекция силы тяжести на ось ОХ тянут его вниз. Таким образом, согласно второму закону Ньютона имеем равнозамедленное движение, описываемое уравнением:
dp/dt = -F
минус стоит потому, что сила F противоположна по направлению импульсу бруска p.
В тот момент, когда скорость бруска равна V его импульс будет равен p = mV и он будет направлен вдоль оси ОХ вверх (считаем это положительным направлением) . В этот момент на брусок падает кусок пластилина. Этот кусок имеет импульс, равный р1, а его проекции на оси ОХ и OY равны р1х и р1у (углы вектора импульса р1 с осями будут точно такими же, как и углы вектора силы тяжести, так что величины проекций найдете аналогично) .
Согласно закону сохранения импульса, сумма проекций импульса бруска и пластилина на ось ОХ должна сохраняться, т. е. :
p - p1x = Pх
где Рх - проекция импульса бруска и пластилина после слипания. Минус стоит потому, что вектора импульсов направлены в противоположную сторону.
А вот проекцию импульса кусочка пластилина на ось OY рассматривать не буду, т. к. основание, по которому движется брусок штука очень тяжелая, и изменение его импульса можно считать пренебрежимо малой величиной.
Таким образом мы получили величину импульса Рх = 2mVx, который имеет брусок с пластилином после слипания. (2m - потому что масса пластилина равна массе бруска). Это мы будем считать начальным условием - или начальным импульсом системы. Конечный импульс системы (после остановки) , очевидно, равен 0.
Вспомним вот это:
dp/dt = -F
уравнение. Именно из него мы найдем закон изменения импульса со временем и время остановки. Справа в уравнении стоит суммарная сила, действующая на брусок с пластилином. Она равна проекции силы тяжести на ось ОХ плюс сила трения. Сила трения, как известно, равна:
Ft = N*μ
где N - реакция опоры, равная проекции силы тяжести, действующей на брусок с пластилином, на ось ОY. То есть величине 2mg умноженной на косинус соответствующего угла (про углы между проекциями и исходными векторами я уже говорил) . Таким образом наше дифференциальное уравнение принимает вид:
dp/dt = -mgx - 2mgxμ = mg(1 - 2μ)
И начальные условия:
Рх = 2mVx при t = 0
Интегрируете, получаете зависимость Px(t).
Приравняв ее к нулю найдете время до остановки. Ну и очевидно, что если величина:
(1 - 2μ) будет положительной, то импульс будет только возрастать и никогда не станет равным нулю. Отсюда находите величину μ отвечающую на второй вопрос.
Похожие вопросы
- Помогите пожалуйста решить задачи по физике…
- помогите решить задачу по физике срочно пожалуйста
- Помогите решить задачу по физике!Заранее спасибо!
- Помогите решить задачи по физике, кто какие может
- решу задачи по физике или математике (матан, аналит, диффуры ...) налетай, я сегодня добрая :) кто первый?
- Помогите решить задачи по физике...
- помогите решить задачи по физике. 1. Уравнение движения точки по прямой имеет вид : x = 4- 3t2 + t3 (м) . Найти:
- помогите решить задачу по физике
- Помогите пожалуйста решить задачу по физике?
- Помогите пожалуйста решить задачу по физике?