сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 335
i

Два кос­мо­нав­та (А и В), свя­зан­ные тро­сом АВ дли­ной L, дви­га­лись по инер­ции с по­сто­ян­ной ско­ро­стью V вдоль пря­мой АВ. Кос­мо­нав­там нужно до­брать­ся до цели, рас­по­ло­жен­ной в точке С (см. рис.), од­на­ко ранец с дви­га­те­лем име­ет­ся лишь у кос­мо­нав­та А. Когда рас­по­ло­же­ние цели ха­рак­те­ри­зо­ва­лось рас­сто­я­ни­я­ми a и b, по­ка­зан­ны­ми на ри­сун­ке, кос­мо­навт А на­пра­вил сопло пер­пен­ди­ку­ляр­но тросу и вклю­чил дви­га­тель ранца на ко­рот­кое время. При этом ско­рость кос­мо­нав­та А сразу после вы­клю­че­ния ранца ока­за­лась на­прав­лен­ной прямо на цель. В ре­зуль­та­те даль­ней­ше­го дви­же­ния один из кос­мо­нав­тов, к сво­е­му удив­ле­нию, ока­зал­ся точно у цели. Сколь­ко вре­ме­ни про­дол­жа­лось дви­же­ние до цели, на­чи­ная с мо­мен­та от­клю­че­ния дви­га­те­ля? Вли­я­ни­ем гра­ви­та­ции пре­не­бречь; счи­тать, что за время ра­бо­ты ранца кос­мо­нав­ты сдви­ну­лись не­зна­чи­тель­но. Массы кос­мо­нав­тов оди­на­ко­вые, трос не про­ви­сал.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Введём ось x, па­рал­лель­ную a и ось y, па­рал­лель­ную b. Пер­во­на­чаль­но центр масс кос­мо­нав­тов при­бли­жал­ся к цели вдоль оси x со ско­ро­стью V. Когда ранец сра­бо­тал, кос­мо­навт A при­обрёл ско­рость V_\perp, пер­пен­ди­ку­ляр­ную тросу, и V вдоль троса, причём  дробь: чис­ли­тель: V_\perp, зна­ме­на­тель: V конец дроби = дробь: чис­ли­тель: b, зна­ме­на­тель: a конец дроби .

При этом центр масс кос­мо­нав­тов стал дви­гать­ся те­перь уже при­бли­жа­ясь к цели и вдоль оси y  — со ско­ро­стью  дробь: чис­ли­тель: V_\perp, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . В си­сте­ме отсчёта цен­тра масс оба кос­мо­нав­та дви­жут­ся по окруж­но­сти ра­ди­у­са  дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби со ско­ро­стью  дробь: чис­ли­тель: V_\perp, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , то есть с уг­ло­вой ско­ро­стью \omega= дробь: чис­ли­тель: V_\perp, зна­ме­на­тель: L конец дроби .

За­меть­те, тра­ек­то­рия каж­до­го кос­мо­нав­та  — до­воль­но слож­ная кри­вая (цик­ло­и­да), од­на­ко опи­сать её легко имен­но рас­смот­рев их дви­же­ние как су­пер­по­зи­цию рав­но­мер­но­го дви­же­ния цен­тра масс и рав­но­мер­но­го вра­ще­ния во­круг этого цен­тра.

Усло­вие встре­чи кос­мо­нав­та с целью в про­ек­ции на ось y (T  — ис­ко­мое время):

 дробь: чис­ли­тель: V_\perp T, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =b\pm дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби синус левая круг­лая скоб­ка \omega T пра­вая круг­лая скоб­ка ,

здесь в левой части  — путь, прой­ден­ный цен­тром масс, ωT  — угол, на ко­то­рый по­вер­нул­ся трос. Знак \pm за­ви­сит от того, какой из двух кос­мо­нав­тов встре­тит­ся с целью. В это ра­вен­ство можно под­ста­вить най­ден­ное V_\perp:

 дробь: чис­ли­тель: VTb, зна­ме­на­тель: 2a конец дроби =b\pm дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби синус левая круг­лая скоб­ка \omega T пра­вая круг­лая скоб­ка ,

Ана­ло­гич­но за­пи­шем усло­вие встре­чи кос­мо­нав­та с целью в про­ек­ции на ось x (здесь до цели ле­теть путь a плюс дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка :

V T=a плюс дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби \pm дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка \omega T пра­вая круг­лая скоб­ка .

Из по­лу­чен­ных двух урав­не­ний можно вы­ра­зить  синус левая круг­лая скоб­ка \omega T пра­вая круг­лая скоб­ка и  ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка \omega T пра­вая круг­лая скоб­ка , и за­пи­сать усло­вие  синус в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка \omega T пра­вая круг­лая скоб­ка плюс ко­си­нус в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка \omega T пра­вая круг­лая скоб­ка =1:

 левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: VTb минус 2ab, зна­ме­на­тель: aL конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те плюс левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 2VT минус 2a минус L, зна­ме­на­тель: L конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те =1,

ко­то­рое пред­став­ля­ет собой квад­рат­ное урав­не­ние от­но­си­тель­но T и из ко­то­ро­го вы­ра­жа­ет­ся ответ за­да­чи.

 

Ответ: cуще­ству­ет два ре­ше­ния: T= дробь: чис­ли­тель: 2a левая круг­лая скоб­ка K\pm ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: K в квад­ра­те минус левая круг­лая скоб­ка b в квад­ра­те плюс a в квад­ра­те плюс aL пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка b в квад­ра­те плюс 4a в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: V левая круг­лая скоб­ка b в квад­ра­те плюс 4a в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби , где K=b в квад­ра­те плюс 2a в квад­ра­те плюс aL.

Классификатор: Ме­ха­ни­ка. Центр масс