на столе лежит шайба массой м скрепленная легкой пружиной с другой такой же шайбой
На столе лежит шайба массой м скрепленная легкой пружиной с другой такой же шайбой
На шероховатой горизонтальной плоскости лежит маленькая шайба массой m = 200 г. Ей мгновенно сообщают импульс p0 = 0,4 кг · м/с в горизонтальном направлении. Коэффициент трения шайбы о плоскость равен = 0,4. На каком расстоянии S от начального положения шайба остановится? Постройте график зависимости модуля скорости V шайбы от её координаты x, отсчитанной от начального положения шайбы в направлении движения.
1. Начальная скорость шайбы, которую по условию можно считать материальной точкой, согласно определению импульса материальной точки равна а начальная кинетическая энергия шайбы равна
2. При движении шайбы на неё по закону Амонтона–Кулона действует постоянная сила трения скольжения, направленная против вектора скорости и равная так как сила реакции N, действующая на шайбу со стороны горизонтальной плоскости, равна весу шайбы mg.
3. Сила трения совершает отрицательную работу уменьшая по закону изменения механической энергии начальную кинетическую энергию шайбы вплоть до полной её остановки, когда
Таким образом,
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы | |||
---|---|---|---|---|
Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ (в данном случае: пп. 3 и 4) и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: выражения для импульса и для кинетической энергии, закон Амонтона–Кулона, работа силы трения скольжения, закон изменения механической энергии) | 3 | |||
Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении имеются один или несколько из следующих недостатков. В объяснении не указано или не используется одно из физических явлений, свойств, определений или один из законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение, лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим законом, свойством, явлением, определением и т.п.) Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но в них содержится один логический недочёт. В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т.п.). В решении имеется неточность в указании на одно из физических явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для полного верного объяснения. | 2 | |||
Представлено решение, соответствующее одному из следующих случаев. Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение, но в нём не указаны два явления или физических закона, необходимых для полного верного объяснения. Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца. Указаны все необходимые для объяснения явления и законы, закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие к ответу, содержат ошибки. На столе лежит шайба массой м скрепленная легкой пружиной с другой такой же шайбойНа гладкой горизонтальной поверхности покоится небольшая шайба. На неё налетает другая такая же шайба. Между шайбами происходит лобовое абсолютно неупругое соударение. Затем проводят второй опыт, уменьшив массу налетающей шайбы, но оставив прежней её скорость. Как изменяются во втором опыте по сравнению с первым скорость шайб после соударения и выделившееся в процессе соударения количество теплоты? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
В первой ситуации тело массой m, движущееся со скоростью v, после абсолютно неупругого соударения с таким же телом приобретет скорость u, которую можно найти по закону сохранения импульса: Выделившаяся в этом случае теплота равна Во второй ситуации тело массой Выделившаяся во втором случае теплота равна Учитывая, что масса налетающей шайбы уменьшилась, можно сделать вывод, скорость шайб после соударения и выделившаяся теплота уменьшаются. Аналоги к заданию № 24095: 24148 Все В условии задачи не сказано, что шайбы одинаковые, поэтому рассуждения про первый случай (столкновение с таким же телом) не корректны, а главное не нужны. Далее при рассмотрении второго случая выражение для скорости u просто не верно (скорее всего скопировали первый случай и забыли поменять результат), хотя в выражение для Q подставлено правильное выражение. На столе лежит шайба массой м скрепленная легкой пружиной с другой такой же шайбойНа гладкой горизонтальной поверхности покоится небольшая шайба. На неё налетает другая шайба. Между шайбами происходит лобовое абсолютно неупругое соударение. Затем проводят второй опыт, увеличив массу налетающей шайбы, но оставив прежней её скорость. Как изменяются во втором опыте по сравнению с первым скорость шайб после соударения и выделившееся в процессе соударения количество теплоты? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения: Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
В первой ситуации тело массой m, движущееся со скоростью v, после абсолютно неупругого соударения с таким же телом приобретет скорость u, которую можно найти по закону сохранения импульса: Выделившаяся в этом случае теплота равна Во второй ситуации тело массой 2m, движущееся со скоростью υ, после абсолютно неупругого соударения с телом массой m приобретет скорость u, равную Выделившаяся во втором случае теплота равна Таким образом, скорость шайб после соударения и выделившаяся теплота увеличиваются. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ МЕХАНИКИ С ПОМОЩЬЮ ЗАКОНОВ СОХРАНЕНИЯКандидат физико-математических наук В. ПОГОЖЕВ. Публикуем последнюю часть задач по теме «Механика». Очередная статья будет посвящена колебаниям и волнам. С другой стороны, согласно закону сохранения механической энергии, указанные скорости связаны соотношением
а затем из (3) и (1) определим проекцию скорости шайбы в конце второго этапа на направление ее скорости перед началом взаимодействия с подвижной горкой
Решение. Будем считать, что выполнены стандартные предположения: лабораторная система отсчета, относительно которой первоначально покоились все тела, инерциальна, а на рассматриваемые тела действуют только силы взаимодействия между ними и силы тяжести, и, кроме того, плоскость соприкосновения бруска и кубика перпендикулярна оси пружины. Тогда, учитывая заданное в условии положение оси пружины и центров масс бруска и кубика, можно полагать, что эти тела могут двигаться лишь поступательно. После отпускания брусок начинает двигаться под действием сжатой пружины. В момент касания бруском кубика по условию задачи пружина должна стать недеформированной. Поскольку брусок гладкий и движется по горизонтальной плоскости, силы тяжести и реакции плоскости не совершают над ним работы. По условию массой пружины (а потому и кинетической энергией ее движущихся частей) можно пренебречь. Следовательно, кинетическая энергия поступательно движущегося бруска в момент касания им кубика должна стать равной потенциальной энергии пружины в момент отпускания бруска, а потому скорость бруска в этот момент должна быть равна M υ 2 /2 = MU 2 /2 + mи 2 /2 (2)
а так как при u ш = nu из (1) следует, что искомая скорость доски должна удовлетворять уравнению Очевидно, что при n →∞ время взаимодействия шайбы с доской должно стремиться к нулю и, следовательно, искомая скорость доски по мере увеличения n (после того, как оно превысит некоторое критическое значение) должна уменьшаться (в пределе до нуля). Поэтому из двух возможных решений уравнения (5) условиям задачи удовлетворяет
На столе лежит шайба массой м скрепленная легкой пружиной с другой такой же шайбойВарианты задач ЕГЭ 1. Брусок массой m1 = 500 г соскальзывает по наклонной плоскости с высоты h = 0,8 м и, двигаясь по горизонтальной поверхности, сталкивается с неподвижным бруском массой m2 = 300 г. Считая столкновение абсолютно неупругим, определите общую кинетическую энергию брусков после столкновения. Трением при движении пренебречь. Считать, что наклонная плоскость плавно переходит в горизонтальную. (Решение) 2. Брусок массой m1 = 500 г соскальзывает по наклонной поверхности с высоты h = 0,8 м и, двигаясь по горизонтальной поверхности, сталкивается с неподвижным бруском массой m2 = 300 г. Считая столкновение абсолютно неупругим, определите изменение кинетической энергии первого бруска в результате столкновения. Трением при движении пренебречь. Считать, что наклонная плоскость плавно переходит в горизонтальную. (Решение) 6. На космическом аппарате, находящемся вдали от Земли, на чал работать реактивный двигатель. Из сопла ракеты ежесeкундно выбрасывается 2 кг газа (Δm/Δt = 2 кг/с) со скоростью v = 500 м/с. Исходная масса аппарата Μ = 500 кг. Какой будет скорость v1 аппарата через t = 6 с после старта? Начальную скорость аппарата принять равной нулю. Изменением массы аппарата за время движения пренебречь. (Решение) 7. На космическом аппарате, находящемся вдали от Земли, начал работать реактивный двигатель. Из сопла ракеты ежесекундно выбрасывается 2 кг газа ( Δm/Δt = 2 кг/с) со скоростью v = 500 м/с. Исходная масса аппарата Μ = 500 кг. Какую скорость приобретет аппарат, пройдя расстояние s = 36 м? Начальную скорость аппарата принять равной нулю. Изменением массы аппарата за время движения пренебречь. (Решение) 8. На космическом аппарате, находящемся вдали от Земли, начал работать реактивный двигатель. Из сопла ракеты ежесекундно выбрасывается 2 кг газа ( Δm/Δt = 2 кг/с) со скоростью v = 500 м/с. Какова масса аппарата, если через t = 8 с после старта пройденное им расстояние составило 64 м? Начальную скорость аппарата принять равной нулю. Изменением массы аппарата за время движения пренебречь.. (Решение) 13. Определите массу груза, который нужно сбросить с аэростата массой 1100 кг, движущегося равномерно вниз, чтобы аэростат стал двигаться с такой же по модулю скоростью вверх. Архимедова сила, действующая на аэростат, равна 10 4 Н. Силу сопротивления воздуха при подъеме и спуске считайте одинаковой. (Решение) 17. На одном конце тележки длиной l = 5 м стоит человек массой m = 40 кг. Масса тележки Μ = 60 кг. На какое расстояние относительно пола передвинется тележка, если человек перейдет с постоянной скоростью на другой ее конец? (Массой колес и трением пренебречь.). (Решение) 18.Тяжелый мячик отпустили без начальной скорости с высоты Η = 20 м, при ударе о землю он потерял часть своей кинетической энергии и долетел до верхней точки через t = 3 с после начала движения. Какая часть кинетической энергии перешла в тепло при ударе? Сопротивлением воздуха при расчетах пренебречь. (Решение)
22. На гладкой горизонтальной плоскости находится длинная доска массой М (см. рис. к зад. 21). По доске скользит шайба массой m = 0,5 кг. Коэффициент трения между шайбой и доской μ = 0,2. В начальный момент времени скорость шайбы v0 = 2 м/с, а доска покоится. В момент τ = 0,8 с шайба перестает скользить по доске. Чему равна масса доски М? (Решение) 24. Из пружинного пистолета выстрелили вертикально вниз в мишень, находящуюся на расстоянии 2 м от него. Совершив работу 0,12 Дж, пуля застряла в мишени. Какова масса пули, если пружина была сжата перед выстрелом на 2 см, а ее жесткость 100 Н/м? (Решение) 25. Кусок пластилина сталкивается со скользящим навстречу по горизонтальной поверхности стола бруском и прилипает к нему. Скорости пластилина и бруска перед ударом направлены противоположно и равны vпл = 15 м/с и vбр = 5 м/с. Масса бруска в 4 раза больше массы пластилина. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом μ = 0,17. На какое расстояние переместятся слипшиеся брусок с пластилином к моменту, когда их скорость уменьшится на 30%? (Решение)
28. Маятник состоит из маленького груза массой M = 200 г и очень легкой нити подвеса длиной L = 1,25 м. Он висит в состоянии покоя в вертикальном положении. В груз ударяется небольшое тело массой m = 100 г, летевшее в горизонтальном направлении со скоростью v = 10 м/с. После удара тело останавливается и падает вертикально вниз. На какой максимальный α угол маятник отклонится от положения равновесия после удара? (Решение)
38. Небольшое тело массой 0,99 кг лежит на вершине гладкой полусферы радиусом 1 м. В тело попадает пуля массой 0,01 кг, летящая горизонтально со скоростью 200 м/с, и застревает в нем. Пренебрегая смещением тела за время удара, определите высоту (в см), на которой оно оторвется от поверхности полусферы. (Решение) 42. Какова скорость вылета снаряда из ствола орудия, если среднее давление пороховых газов р = 4,7·10 8 Па? Диаметр ствола d = 45 мм. длина ствола l = 3 м. масса снаряда m = 2 кг. (Трение пренебрежимо мало.) (Решение) 43. С высоты H = 2 м над землёй начинает свободно падать стальной шарик, который через время t = 0,4 с сталкивается с плитой, наклонённой под углом α к горизонту. После абсолютно упругого удара он движется по траектории, верхняя точка которой находится на высоте h = 1,4 м над землёй. Под каким углом наклонена плита? Сделайте схематический рисунок, поясняющий ход решения. (Решение)
50. Брусок массой m1 = 500 г соскальзывает по наклонном плоскости высотой H = 0,8 м и сталкивается с неподвижным бруском массой m2 = 300 г, лежащим на горизонтальной поверхности. Считая столкновение абсолютно упругим, определите кинетическую энергию второго бруска после столкновения. Трением при движении пренебречь. (Решение)
58. Небольшое тело соскальзывает без трения с вершины полусферы радиусом R = 1,5 м. На какой высоте над центром полусферы тело оторвется от ее поверхности? (Ответ: 1 м) 59.Кусок пластилина сталкивается с покоящимся на горизонтальной поверхности стола бруском и прилипает к нему. Скорость пластилина перед ударом равна vпл = 5 м/с. Масса бруска в 4 раза больше массы пластилина. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом μ = 0,25. На какое расстояние переместятся слипшиеся брусок с пластилином к моменту, когда их скорость уменьшится на 40 %? (Ответ: 0.13 м) 60. Кусок пластилина сталкивается со скользящим навстречу ему по горизонтальной поверхности стола бруском и прилипает к нему. Скорости пластилина и бруска перед ударом направлены противоположно и равны vпл = 10 м/с и vбр = 5 м/с. Масса бруска в 3 раза больше массы пластилина. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом μ = 0,48. На какое расстояние переместятся слипшиеся брусок с пластилином к моменту, когда их скорость уменьшится на 25 %? (Ответ: 0.07 м) 61. Кусок пластилина сталкивается со скользящим в том же направлении по горизонтальной поверхности стола бруском и прилипает к нему. Скорости пластилина и бруска перед ударом направлены в одну сторону и равны vпл = 10 м/с и vбр = 5 м/с. Масса бруска в 3 раза больше массы пластилина. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом μ = 0.48. На какое расстояние переместятся слипшиеся брусок с пластилином к моменту, когда их скорость уменьшится на 25 %? (Ответ: 1.78 м) 63. В тело массой М = 0,09 кг, лежащее на полу и соединенное со стеной недеформированной пружиной жесткостью k = 4 Н/м, попадает пуля массой m = 0,01 кг, летевшая со скоростью v0 = 50 м/с горизонтально. Коэффициент трения между телом и полом μ = 0,6. Найти скорость тела к моменту, когда оно пройдет расстояние S = 0,5 м. (Ответ: 3 м/с) 64. Из двух соударяющихся абсолютно упругих шаров больший шар покоится. В результате центрального удара меньший шар потерял 3/4 своей кинетической энергии. Определите отношение масс шаров. (Ответ: 3)
|