задач
По
Физике
1) Кинематика
2) Законы сохранения
3) Механические колебания
45
Чаша в форме полусферы, радиусом R= 0,8 м вращается с постоянной угловой скоростью вокруг вертикальной оси. Вместе с чашей вращается шарик, находящийся на её внутренней поверхности. Расстояние от шарика до нижней точки чаши равно её радиусу. Определите угловую скорость W вращения чаши?
Решение: Шарик вращается по окружности радиуса r 2r=R; r=0,4 м
ma = F + mg + N; x: o= N sin30 – mg; y: ma= N cos30
(1) : N= mg / sin30 =2mg a= W R
ma = 2mg cos30 ----- W R = 2g cos30; W = (2g cos30 / R)ПОД КОРНЕМ;
W*W = 2gcos30 / R; W = (20*3/2 / 0.4)под корнем =6..5 ( из-за того, что в равностороннем треугольнике является медианой
Ответ : W= 6,5 рад.К
47
Аэростат массой М=1,7 т равномерно опускается вниз. Определите массу баласта, который надо сбросить с аэростата, чтобы он стал равномерно подниматься вверх с той же скоростью. На аэростат действует Архимедова сила Fa =15 кН.
Решение: Сделаем рисунок, обозначим силы и спроецируем их . Получим систему:
Mg=Fс + Fа (M+m)g=2Fа (M+m)=2Fа/g
Mg=Fа – Fс (сложим) M-m=dm отсюда m=M-dm ; M+m=2M-dm следовательно dm=2M-(M+m); dm= 2M-2Fа/g
dm=3400-3000=400 кг.
Ответ:dm=400кг.
48
Несколько ледяных горок имеют одинаковую высоту R , но различный угол a наклона к горизонту. Как зависит время t скатывания санок с горки от её наклона ?
Получите зависимость t=f( a ), представьте её в виде графика ( достаточно показать общий вид кривой в границах изменения a и t ; трением пренебречь.
Решение: Чем меньшеa , тем больше время скатывания.
Второй закон Ньютона :ma = N+ mg
X: N=mgcosa
Y: ma= mgsina a=gsina
Vо=0 S=at/2 sina=h/S S= h/sina
H/sina=gsinat / 2 ; tgsina=2R ; t= (2R / gsina) под корнем
Ответ:t= ( 2R / gsina )под корнем
49
Брусок равномерно скользит вниз по доске, имеющей наклон a =30 граад к горизонтальной плоскости. За какое время брусок соскользнёт с доски , если наклонить её под углом b =60 град.Доска L= 2м.
Решение: a=0; a= FiEi / m ; ma= N+ mg+ Fтр; 0=N-mgcosa Fтр=mgsina ; kmgcosa=mgsina k=tga k=tg30=1/ 3
ma=N+mg+Fтр
x: ma=mgsin60- kN
y: 0=N-mgcos60 N=mgcos60 ; a=gsin60-kgcos60
Vо=0; t= ( 2S / a)под корнем
t= ( 2L / (gsin60-kgcos60))под корнем t= (4м / 10м/с( 0,86-0,28))под корнем;
T= 0.83c
Ответ:t=0.83c
50
Санки массой m= 40 кг Тянут за верёвку по горизонтальной доске. Коэффициент трения между полозьями санок и дорогой К=0,05. Сила натяжения верёвки F = 150Н, направлена под углом b =30 град к горизонту. Определите ускорение санок.
Решение: 2-й закон Ньютона: ma=T+N+Fтр+mg
X: ma=Tcos30-Fтр;
Y: 0=Tsin+N-mg
..a=T(cos30+ksin30) / m – kg; Fтр=k(mg-Tsina)
a=150H(0.86+0.025 ) / 40 – 0.5 =2.8 м/с
Ответ: a=2.8м/с
51
Через неподвижный блок перекинута нить , к концам которой подвешены два груза. М=0,2 кг каждый. Трение в блоке отсутствует. На один из грузов положили перегрузок массой м = 0,01 кг ( 100г).
С какой силой перегрузок действует на груз во время движения ?
Решение Ia1I =Ia2I=IaI ; IT1I=IT2I=ITI – так как нить невесома и нерастяжима
2- ой закон Ньютона :Ma= T – Mg (1);; a= ma / 2M + m;
(M +m) a = (M + m)g -T ) сложим
ma= mg – N; N = m(g – a) след-но N=m(g – mg / (2M+ m)
IPI = INI ; N= 0,01 ( 10 –( 0,01 10) : (0,4 + 0,01) ) = 0,097 H
Ответ N = 0,097Н = 97 10 Н.
52
Вверх по дороге, имеющей угол наклона a =30 град к горизонту, движется со скоростью V = 54 км\час автомобиль. На каком минимально возможном расстоянии от перекрёстка необходимо начать торможение при красном сигнале светофора ?
Решение :ma = N + Fтр + mg ; X : ma = Fтр+ mg sin 30; Y: 0= N – mg
cos30; N= mg cos30;
ma= K N + mg sin30; ma= K cos30 + mg sin30; a = K g cos30 + g sin30;
Vo= 54 км\час= 15 м\с S = Vo : 2a; S= (Vo*Vо : 2g( K cos30 + sin30)
S= 225 : 20(0,085 +0,5)= 225: 11,7= 19,2 м
Ответ :S тормозной = 19,2 м
53
Горнолыжник массой м=80 кг скользит со склона горы, не отталкиваясь палками. Угол наклона горы a =50 град, К=0,1 ( коэффициент трения). Какую максимальную скорость может развить на спуске лыжник, если сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости :Fс = с V? Постоянная величина с= 0,7 м.\м, sin50= 0,77; cos50=0,64.
Решение: ma=Fс+Fтр+N+mg
В этот момент , когда скорость max a=0
X: 0= Fс+Fтр-mgsin50 (1)
Y: 0=N-mgcos50 N=mgcos50 (2)
CV=mgsin50-mgcos50k
V= ( mg(sin50-cos50k) / c) под корнем;
Vmax= ( 80*10(0.77-0.064) / 0.7) под корнем; = 2804 м/с
Ответ:Vmax=2804 м/с
54
Человек на вытянутой руке вращает в вертикальной плоскости ведро с водой. Какова должна быть минимальная частота вращения, чтобы вода из ведёрка не вылилась? Длина руки L= 53 см.
Решение; mg + N = ma; a = a = V : L; В момент отрыва воды от дна ведёрка N=0 , поэтому
V
mg =m – ; V= ( gL) под корнем; ; V=2,35
L
V = 2ПLn; (gL) под корнем; = 2ПLn ; n min = ( gL) под корнем;
/ 2ПL; n =2,35 / 3,45 = 0,7Гц
Ответ n =0,7 Гц
55
Космический корабль массой м=500 т начинает подниматься вертикально вверх. Сила тяги его двигателей F=20МН.
Определите вес находящегося в корабле космонавта. Если вес космонавта на Земле равен Ро=600Н.?
Решение: Fт-сила нат-я двиг-й
F-сила притяжения
F=GMm / r r=R
F=GMm / R
2-й закон Ньютона: Fт-F=ma; a=F/m- GM/R= F/m-g
a=20*10000000H / 5*100000 – 10= 40-10=30м/с
запишем для человека:
N-F=ma ; |P|=|N| N=ma+gMm / R
N=m(a+g): mg=600 m=60
P=60(30+10)=2400H=2.4 kH
Ответ: 2.4 kH.
56
Луна вращается вокруг Земли по круговой орбите радиусом r=380000 км. Определите скорость движения Луны и период её обращения вокруг Земли. Считать известным: радиус Земли R=6400 км и ускорение свободного падения на её поверхности g=9,8 м\с .
Решение:На луну действует сила тяготения со стороны Земли. F=GMm / r
2-й закон ma=GMm / r r- растояние от Земли до Луны.
….a=GMR R / R*R*r*r=gR*R/*r*r V*V=ar=gR*R/r; V=R (g/r)под корнем; V=6400*0.005=33 kм/ч
T=2Пr/V ; T= 2.*3.14*380000 / 33=72315c ; T=1205мин ж T=20ч
Ответ: V=ззм/c; T=20ч
57
Спутник вращается по круговой орбите вблизи планеты, которую можно принять за однородный шар плотностью b.
Определите период вращения спутника Т -?
Решение : R=R+h
m=4/3ПRr T=2ПR/V
V1= ( gR) под корнем;
g=Gm/R V1= ( Gm/R) под корнем = (G4/3ПRr / R) под корнем = (4/3GПRr) под корнем;
T=6.28*100000 / 1.67rслед-но T=3.8*100000 / r
Ответ:T=3.8*100000 / r
24
Лифт поднимается вверх с ускорением а= 2,2 м\с . в некоторый момент с потолка кабины начал падать болт. Чему равно время его падения на пол ? Н= 250 см ( высота кабины).
Решение Vo= 0 ( начальная скорость болта) ; S= at \ 2; a= g + a1;
t= (2S \ (g + a1)) под корнем ; t= ( 5m\ 12 m/c) под корнем =0.6 с
Ответ t= 0.6 с
81
Лодка с двумя пассажирами равномерно плывёт по озеру со скоростью V1 = 2 м\с. Один человек прыгнул с кормы лодки так, что его скорость относительно воды оказалась равной нулю. Затем аналогичный прыжок совершил 2-ой человек ( и его скорость относительно воды оказалась равной 0 ). С какой скоростью V2 стала двигаться лодка, если её масса в 2 раза больше массы каждого пассажира.
Решение: М- масса лодки, м- масса человека. Скорости людей равны скорости лодки в тот момент, когда они прыгают. Это следует из закона сложения скоростей.
Закон сохранения импульса (М + 2м) V1 =(М + м) И ; М= 2м; (2М = м) V1 = (М = м) И;
(М = 2м) 4м 4
И=------------- V1 ; И=------ V1 = --V1= 8\3 м\c;
( М = м ) 3м 3
Далее также применяем закон сохранения импулься (М + м) u = Мu1;
U1= (M+m)u/M; u1= 3\2u;
И1 = 1\3 * 3\2 = 4 м\с
Ответ 4 м\с
82
Ракета , масса которой без заряда М= 600 г, при сгорании м=80 г пороха взлетает на высоту h= 180 м. Определите скорость выхода из ракеты пороховых газов. Считать, что порох сгорает на старте мгновенно .
Решение: В конце полёта ракета обладает потенциальной энергией Еп= MgR;
En = 0,6 10 180= 1080H;
В начале полёта – кинетической Ек = MV \ 2; Из закона сохранения энергии следует Еп=Ек
MV
Mgh =------ ; V = 2gh = 60 м\с
2
Далее из закона сохранения импульса :mu = MV ; u= (MV/m под корнем)=0.6m1*60м/с / 0.08кг.=450м/с.
Ответ 450 м\с
83
Неподвижная молекула распадается на два атома. Масса одного из атомов в три раза больше, чем другого.
Определите кинетическую энергию каждого атома, если их общая энергия равна Е=0,032 Пдж
m1 V2
Решение Запишем закон сохранения импульса: m1V1 = m2V2; ---= --- = 3 ; V2= 3V1;
m2 V1
m1V1 m2V2 En1 m1V1 3m2V1
En1 + En2 = E; En1 =-------- ; En2= --------- ; ------ = --------- = ------------ = 1\3; 3En1 = En2;
2 2 En2 m2V2 m2 g V1
En1= 0,008Пдж Еn2 = 0,024 Пдж
Ответ : 0.008 Пдж; 0.024Пдж.
84
Верёвка длиной L= 4м и массой м=0,5 кг свешивается вертикально с края крыши. Какую работу необходимо совершить, чтобы поднять верёвку на крышу?
Решение Закон сохранения энергии А= En = En2 –En1; Центр тяжести верёвки – в центре верёвки.
En1 = 0 ( в центре выберем нулевой уровень); Ln2 = 2 м ( во втором положении от центра тяжести до крыши) ;
A= mgh = 0/5* 10* 2 = 10 Дж;
Ответ: 10 Дж
85
Хоккейная шайба, имея начальную скорость Vo= 36 км\ч, проскользила по льду до полной остановки путь S= 30м. Определите коэффициент трения k шайбы о лёд. Какая работа совершена силой трения за время движения шайбы? Масса шайбы м=200 г.
V - V0 V0 V0
Решение S= ---------- ; S= ---- ; a= ------- ; a= 5\3 = 1,66;
2a 2a 2S
2-ой закон Ньютона : ma= Fm = kmg; a=kg; k=a\g = 0,17;
A= Fтр*S = kmgS= 0,17 *0,2 *10 *30 = 10,2 Дж
2-ой способ: Eк1=mV/2 ; Eк2= 0 ( закон сохранения энергии) A= Eк1; A= mV/2= = 10 Дж
2
Ответ:k=0,17; A= 10ДЖ;
86
Конькобежец массой М=50 кг бросает горизонтально шайбу массой м=200 г со скоростью V=20 м\с.
На какое расстояние откатится конькобежец после броска шайбы? Коэффициент трения коньков о лёд k=0,02.
Решение: Закон сохранения импульса Mu=mV u=0.2*20/50=0.08м/с
u--- начальная скорость конькобежца
2-й закон Ньютона:Ma=Fтр ; a=kg=0.02*10=0.2 м/с*с
S=uu /2a = 0.0064/0.4=0.016 м
2-й способ. Закон сохранения.
Eк=Muu/2 ; A=FS S=A/F ; Fтр=kMg ; A=dEк=Eк ;
S=Muu/2kmg S=uu/2kg
S=0.016м
Ответ:S=0.016м
87
между двумя телами массой м1 и м2 находится сжатая пружина. Если тело массой м2 удерживать на месте, а другое освободить, то оно отлетит сос коростью V0. С какой скоростью будет двигаться тело массой м2 , если оба тела освободить одновременно ? Деформация пружины в том и другом случаях одинакова.