Тема . №26 Механика (Расчетная задача высокого уровня сложности+обоснование)

.03 Динамика

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №26 механика (расчетная задача высокого уровня сложности+обоснование)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#53848

В системе, показанной на рисунке, массы грузов равны соответственно m1 = m3 = m = 0,1  кг, m2 = 3m  . Первоначально систему удерживают, затем отпускают. Грузы приходят в движение. Начальные скорости всех грузов нулевые. Ускорение свободного падения g = 10  м/с2.  Массы блоков и нитей по сравнению с массой грузов пренебрежимо малы. Нерастяжимые нити свободно скользят по блокам.
1. Найдите скорость V1  груза 1 в тот момент, когда груз 2 опустится на H  =0,5  м.
2. Найдите силу T2  натяжения нити, на которой подвешен груз 2
(«Физтех», 2019, 9)

PIC

Показать ответ и решение

Расставим координаты грузов и силы, действующие на них.

PIC

Запишем второй закон Ньютона для каждого из тел:

⃗T + m1⃗g = m1a⃗1,

⃗T2+ m2⃗g =m2 ⃗a2,

⃗T + m3⃗g = m3a⃗3.

Из третьего закона Ньютона T2 = 2T  , тогда в проекции на ось x  вторые законы Ньютона можно переписать в виде:

m1g − T =− m1a1,

m2g− 2T = m2a2,

m3g − T =− m3a3.

Так как m1 = m2 =m  , то a1 = a3  . Значит, при подъёме они имеют одинаковые скорости и проходят одинаковые расстояния Найдем длину нити:

(x1 − x0)+ (x2− x0)+ (x2− x0)+ (x3− x0)= l.

В приращениях

Δx1 +2Δx2 + Δx3− 3Δx0 = Δl

Так как x = const
 0  и l = const  , то Δx  = 0
   0  и Δl =0  . Значит

2Δx2 +Δx1 + Δx3 = 0.⇒  2Δx2 = −(Δx1 + Δx3)

Найдем производную (поделим на приращение Δt  ).

 Δx2   Δx1   Δx3
2-Δt-+ Δt--+ Δt--= 0.

Пусть скорости 1 и 3 грузов равны v  , а скорость второго груза v2  , тогда

2v2x+ vx + vx = 0⇒ v2x = −vx.

Значит, скорость второго груза равна скорости 1 и 3, но обратна по направлению.
Аналогично получим связь ускорений

Δv2x = − Δvx-⇒ a2x = − a.
 Δt      Δt

То есть ускорение второго груза равно ускорениям 1 и 3 грузов, но обратно по направлению.
Так как грузы 1 и 3 проходят одинаковые расстояния, то Δx1 = Δx3 = H  . Запишем закон сохранения энергии, для этого нулевой уровень потенциальной энергии для каждого из грузов возьмем за начальное положение, тогда

                                                                         ----    --------------
                      (m1+-m2-+-m3)v21-                       5mv21-      ∘ 2     ∘ 2
0= m1gH+m3gH  −m2gH+         2       ⇔ 0 =mgH+mgH   −3mgH+   2   ⇒ v1 =  5gH =   510 Н/ кг⋅0,5 м≈ 1,4 м/с

2) Из проекций вторых законов Ньютона

3mg − 2T = 3ma 2mg − 2T = −2ma

следует

mg = 5ma ⇒ a= g.
              5

То есть ускорения всех грузов равны g∕5  . Тогда сила натяжения нити T
 2  :

                              3m-⋅4g  12mg-  12-⋅0,1-кг⋅10-Н/кг
3mg− T2 =3ma ⇒  T2 = 3m(g− a)=  5   =   5  =         5        = 2,4 Н
Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!