40

За какое время тело весом 400 гр спуститься по наклонной поверхности высотой 20 м, и…

22 октября 2023

За какое время тело весом 400 гр спуститься по наклонной поверхности высотой 20 м, и с углом 60 градусов? Если бы угол был равен 30 градусом тело быдвигалось равномерно

категория: физика

53

Задачка интересная, попробуем ее решить в общем виде, то есть в той же формулировке, но масса тела — m, высота горки — H, угол, при котором равномерное движение — Alfa, угол заданный — Beta, естественно Beta>Alfa. Из условия задачи видно, что движение не по идеальной поверхности, а с трением, иначе при любом Alfa движение было бы равноускоренным. Пусть коэффициент трения k. Теперь, когда исходные данные известны, начинаем решать. Если тело движется с ускорением а, расстояние S оно пройдет за время t, причем S=a*t^2/2, откуда t^2=2*a*S Это, собственно, и есть ответ к нашей задаче. Осталось найти S и a.S найти очень просто, это длина гипотенузы, поэтому S=H/sin (Beta). А найти тоже просто из 2 закона Ньютона F=a*m сразу видно, что a=F/m. Подставляем в формулу для t, получаемt^2=2*(F/m)*(H/sin (Beta) Осталось найти F. Если разложить вес тела на наклонной плоскости (или вспомнить соответствующие формулы, а они очевидны), то получим, что скатывающая сила Fc=m*g*sin (Beta), сила опоры Fo=m*g*cos (Beta). Наша же ускоряющая сила, естественно, равна разности скатывающей силы и силы трения, а сила трения в первом приближении пропорциональна соле опоры. Записав эти слова в виде формул, получимF=Fc-Fтр=m*g*sin (Beta) — k*m*g*Cos (Beta)=m*g (sin (Beta) — k*Cos (Beta). Подставим в нашу формулу для t, получим. t^2=2*g*H*(sin (Beta) -k*Cos (Beta) /sin (Beta)=2*g*H*(1+k*сtg (Beta) Ну и последнее, нужно найти к трения. Он легко находится из того условия, что при угле=Alfa, тело движется равномерно, то есть с ускорением=0, а это уже первый закон Ньютона, то есть на тело действует сила=0, то есть Fc=Fтрm*g*sin (Alfa)=k*m*g*Cos (Alfa), откудаk=tg (Alfa). Вот теперь все! Подставим в формулу для t и получим t^2=2*g*H*(1+tg (Alfa)*сtg (Beta). Вот какая красивая формула получилась, а масса оказалась совсем не нужной! Подставляем туда наши исходные данныеg=9,8 m/c^2Н=20 мtg (30)=sqr (3) /3 сtg (60)=sqr (3) /3. t^2=2*9,8*20*(1+1/3)=523t=22,9c=23 с Вот и все!

Знаете ответ?

Есть интересный вопрос? Задайте его нашему сообществу, у нас наверняка найдется ответ!
Делитесь опытом и знаниями, зарабатывайте награды и репутацию, заводите новых интересных друзей!
Задавайте интересные вопросы, давайте качественные ответы и зарабатывайте деньги. Подробнее...