сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 2680
i

На го­ри­зон­таль­ном столе лежат брус­ки 1 и 2, со­еди­нен­ные не­ве­со­мой не­де­фор­ми­ро­ван­ной пру­жи­ной жест­ко­стью k=90 дробь: чис­ли­тель: Н, зна­ме­на­тель: м конец дроби . Масса брус­ков m1  =  0,15 кг и m2  =  0,4 кг. Ко­эф­фи­ци­ент тре­ния сколь­же­ния брус­ков по столу μ = 0,3. Ко­рот­ким уда­ром брус­ку 1 со­об­ща­ют ско­рость, на­прав­лен­ную вдоль пру­жи­ны к брус­ку 2. Най­ди­те мак­си­маль­ное зна­че­ние V0 этой ско­ро­сти, при ко­то­ром бру­сок 2 оста­нет­ся не­по­движ­ным. Уско­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния g=10 дробь: чис­ли­тель: м, зна­ме­на­тель: с в квад­ра­те конец дроби . Ответ вы­ра­зи­те в  дробь: чис­ли­тель: м, зна­ме­на­тель: с конец дроби и округ­ли­те до сотых.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Рас­смот­рим слу­чай, когда при дви­же­нии брус­ка 1 бру­сок 2 остаётся не­по­движ­ным. Пусть бру­сок 1 сме­стил­ся впра­во на рас­сто­я­ние x. При этом сжа­тие пру­жи­ны также равно x. На бру­сок 2 дей­ству­ет сила упру­го­сти kx и сила тре­ния покоя FT. Так как бру­сок 2 не­по­дви­жен, то

 k x=F_ T .

Сила тре­ния покоя не пре­вос­хо­дит сво­е­го мак­си­маль­но­го зна­че­ния, рав­но­го силе тре­ния сколь­же­ния:

 F_ T мень­ше или равно \mu m_2 g.

От­сю­да по­лу­ча­ем огра­ни­че­ние на x:

 k x мень­ше или равно \mu m_2 g

Это не­ра­вен­ство долж­но вы­пол­нять­ся и при мак­си­маль­ном сжа­тии пру­жи­ны xm:

 k x_m мень­ше или равно \mu m_2 g \Rightarrow x_m мень­ше или равно дробь: чис­ли­тель: \mu m_2 g, зна­ме­на­тель: k конец дроби .

Для того чтобы свя­зать xm с на­чаль­ной ско­ро­стью V0, за­пи­шем урав­не­ние ба­лан­са энер­гии для брус­ка 1. Учи­ты­вая, что при мак­си­маль­ном сжа­тии пру­жи­ны бру­сок 1 оста­нав­ли­ва­ет­ся, имеем:

 дробь: чис­ли­тель: k x_m в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: m_1 V_0 в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = минус \mu m_1 g x_m.

В левой части стоит при­ра­ще­ние ме­ха­ни­че­ской энер­гии брус­ка 1, в пра­вой части  — ра­бо­та силы тре­ния сколь­же­ния. Вы­ра­зим из этого урав­не­ния V02:

 дробь: чис­ли­тель: m_1 V_0 в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: k x_m в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс \mu m_1 g x_m= дробь: чис­ли­тель: x_m, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка k x_m плюс 2 \mu m_1 g пра­вая круг­лая скоб­ка \Rightarrow V_0 в квад­ра­те = дробь: чис­ли­тель: x_m, зна­ме­на­тель: m_1 конец дроби левая круг­лая скоб­ка k x_m плюс 2 \mu m_1 g пра­вая круг­лая скоб­ка .

Ис­поль­зуя най­ден­ное выше огра­ни­че­ние на xm, по­лу­ча­ем:

 V_0 в квад­ра­те мень­ше или равно дробь: чис­ли­тель: \mu m_2 g, зна­ме­на­тель: k m_1 конец дроби левая круг­лая скоб­ка \mu m_2 g плюс 2 \mu m_1 g пра­вая круг­лая скоб­ка \Rightarrow V_0 в квад­ра­те мень­ше или равно дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка \mu g пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те m_2, зна­ме­на­тель: k конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: m_2, зна­ме­на­тель: m_1 конец дроби плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка \Rightarrow V_0 мень­ше или равно \mu g ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: m_2, зна­ме­на­тель: k конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: m_2, зна­ме­на­тель: m_1 конец дроби плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка конец ар­гу­мен­та .

Как видно, зна­че­ния на­чаль­ной ско­ро­сти, при ко­то­рых бру­сок 2 остаётся не­по­движ­ным, огра­ни­че­ны свер­ху. Мак­си­маль­ное зна­че­ние V0 равно:

 V_0=\mu g ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: m_2, зна­ме­на­тель: k конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: m_2, зна­ме­на­тель: m_1 конец дроби плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка конец ар­гу­мен­та .

Под­ста­вим чис­ло­вые зна­че­ния:

 V_0=3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 0,4, зна­ме­на­тель: 90 конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 0,4, зна­ме­на­тель: 0,15 конец дроби плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 0,04 левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 40, зна­ме­на­тель: 15 конец дроби плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка конец ар­гу­мен­та =0,2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 14, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби конец ар­гу­мен­та =0,43М / с.

Ответ: V_0=\mu g ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: m_2, зна­ме­на­тель: k конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: m_2, зна­ме­на­тель: m_1 конец дроби плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка конец ар­гу­мен­та =0,43М / с.

Классификатор: Ме­ха­ни­ка. Закон со­хра­не­ния энер­гии в не­конс. си­сте­мах