Открытый банк ФИПИ · условие и решение задания
| КЭС: | 1.4.1 Импульс материальной точки 1.4.2 Импульс системы тел 1.4.3 Закон изменения и сохранения импульса 1.4.4 Работа силы на малом перемещении 1.4.5 Мощность силы 1.4.6 Кинетическая энергия материальной точки. Закон изменения кинетической энергии системы материальных точек 1.4.7 Потенциальная энергия для потенциальных сил. Потенциальная энергия материальной точки в однородном поле тяжести. Потенциальная энергия упруго деформированного тела 1.4.8 Закон изменения и сохранения механической энергии |
| Тип ответа: | Развернутый ответ |
Ответ: 3,25 м
Дано: m=1 кг, R=2 м, h=2,5 м, сила давления кубика на стенку F=5 Н. Найти начальную высоту H; g=10 м·с⁻².
Систему отсчёта связываем с Землёй и считаем инерциальной. Размерами тел при описании их поступательного движения пренебрегаем. Ось Ox горизонтальна, Oy направлена вверх. Для точки на петле радиальную ось Or направим от кубика к центру O, касательную Ot — по движению. На кубик действуют mg вниз и нормальная реакция N к центру петли. По третьему закону Ньютона N=F; F — сила кубика на стенку, а N — противоположная сила стенки на кубик.
Центр петли находится на высоте R. Если θ — угол между вертикалью вниз и направлением к центру от рассматриваемой точки, то cosθ=h−RR. Радиальная проекция второго закона Ньютона:
N+mg cosθ=mv²R.
Отсюда, с учётом N=F:
v²=FRm+g(h−R).
Подстановка:
v²=5 Н·2 м1 кг+10 м·с⁻²·(2,5 м−2 м)=15 м²·с⁻².
Трение отсутствует, реакция гладкой горки и петли перпендикулярна скорости и не совершает работы. Поэтому механическая энергия сохраняется:
mgH=mgh+mv²2.
Следовательно, H=h+v²2g.
Подстановка:
H=2,5 м+15 м²·с⁻²2·10 м·с⁻²=3,25 м.
Проверка: при этой высоте энергия в рассматриваемой точке равна 25+7,5=32,5 Дж, как начальная энергия. Радиальная сила равна 5+2,5=7,5 Н, что совпадает с mv²·R⁻¹. Кубик достигает заданной точки до отрыва: высота последующего отрыва (2H+R)·3⁻¹≈2,833 м>2,5 м. Полный оборот условием не требуется.
Ответ: 3,25 м.
Напишите пожелание к сайту или решению либо сообщите о найденной неточности в задании 01DB3F.
Сообщение увидит только команда сайта: на странице оно не публикуется.
Комментарии к решению
Комментарии видны всем посетителям сайта.
Комментариев пока нет. Будьте первым.
Чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь.