сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 2716
i

На го­ри­зон­таль­ном столе лежат брус­ки 1 и 2, со­единённые не­ве­со­мой не­де­фор­ми­ро­ван­ной пру­жи­ной жёстко­стью k=60 н/м. Массы брус­ков m_1=0,2 кг и  m_2 = 0,35 кг. Ко­эф­фи­ци­ент тре­ния сколь­же­ния брус­ков по столу\mu= 0,4. Ко­рот­ким уда­ром брус­ку 2 со­об­ща­ют ско­рость, на­прав­лен­ную вдоль пру­жи­ны от брус­ка 1. Най­ди­те ми­ни­маль­ное зна­че­ние V0 этой ско­ро­сти, при ко­то­ром бру­сок 1 начнёт дви­гать­ся. Уско­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния g=10 м/с2. Ответ вы­ра­зи­те в м/c и округ­ли­те до сотых.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Рас­смот­рим слу­чай, когда при дви­же­нии брус­ка 2 бру­сок 1 остаётся не­по­движ­ным. Пусть бру­сок 2 сме­стил­ся впра­во на рас­сто­я­ние x. При этом удли­не­ние пру­жи­ны также равно x. На бру­сок 1 дей­ству­ет сила упру­го­сти kx и сила тре­ния покоя F_ T . Так как бру­сок 1 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_1 g. От­сю­да по­лу­ча­ем огра­ни­че­ние на x:  k x мень­ше или равно \mu m_1 g.

Это не­ра­вен­ство долж­но вы­пол­нять­ся и при мак­си­маль­ном удли­не­нии пру­жи­ны x_m:

 k x_m мень­ше или равно \mu m_1 g \quad arrow \quad x_m мень­ше или равно дробь: чис­ли­тель: \mu m_1 g, зна­ме­на­тель: k конец дроби .

Для того чтобы свя­зать xm с на­чаль­ной ско­ро­стью V_0, за­пи­шем урав­не­ние ба­лан­са энер­гии для брус­ка 2. Учи­ты­вая, что при мак­си­маль­ном удли­не­нии пру­жи­ны бру­сок 2 оста­нав­ли­ва­ет­ся, имеем:

 дробь: чис­ли­тель: k x_m в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: m_2 V_0 в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = минус \mu m_2 g x_m.

В левой части стоит при­ра­ще­ние ме­ха­ни­че­ской энер­гии брус­ка 2, в пра­вой части  — ра­бо­та силы тре­ния сколь­же­ния. Вы­ра­зим из этого урав­не­ния V_0 в квад­ра­те :

 дробь: чис­ли­тель: m_2 V_0 в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: k x_m в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс \mu m_2 g x_m= дробь: чис­ли­тель: x_m, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка k x_m плюс 2 \mu m_2 g пра­вая круг­лая скоб­ка \quad arrow \quad V_0 в квад­ра­те = дробь: чис­ли­тель: x_m, зна­ме­на­тель: m_2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка k x_m плюс 2 \mu m_2 g пра­вая круг­лая скоб­ка .

Ис­поль­зуя най­ден­ное выше огра­ни­че­ние на x_m, по­лу­ча­ем:

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

Как видно, зна­че­ния на­чаль­ной ско­ро­сти, при ко­то­рых бру­сок 1 остаётся не­по­движ­ным, огра­ни­че­ны свер­ху. По­это­му ми­ни­маль­ное зна­че­ние V_0, при ко­то­ром бру­сок 1 начнёт дви­гать­ся, опре­де­ля­ет­ся пра­вой ча­стью по­след­не­го не­ра­вен­ства:

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

Под­ста­вим чис­ло­вые зна­че­ния:

 V_0=4 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 0,2, зна­ме­на­тель: 60 конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 0,2, зна­ме­на­тель: 0,35 конец дроби плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка конец ар­гу­мен­та =4 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 0,01, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 4, зна­ме­на­тель: 7 конец дроби плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка конец ар­гу­мен­та =0,4 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 18, зна­ме­на­тель: 7 конец дроби конец ар­гу­мен­та =0,4 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 6, зна­ме­на­тель: 7 конец дроби конец ар­гу­мен­та =0,37м/с.

Ответ:  V_0=\mu g ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: m_1, зна­ме­на­тель: k конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: m_1, зна­ме­на­тель: m_2 конец дроби плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка конец ар­гу­мен­та =0,37м/с.

Классификатор: Ме­ха­ни­ка. Закон со­хра­не­ния энер­гии в не­конс. си­сте­мах