Тема . Механика. Кинематика

.04 Относительность движения

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела механика. кинематика
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#61464

Школьник бежит по окружности радиусом R = 30 м  c постоянной по величине скоростью u = 3,14 м/ с  . Второй школьник гонится за ним, стартовав из центра окружности. В процессе погони он все время находится на радиусе, соединяющем центр окружности и первого школьника, а величина его скорости неизменна и равна v = 2u  . Сколько времени займёт погоня?

(МОШ, 2008, 10)

Источники: МОШ, 2008, 10

Показать ответ и решение

Обозначим через ω = u∕R  угловую скорость движения первого школьника, r  - расстояние от второго школьника до центра, φ  - угол между направлением скорости второго школьника и радиусом (см. рисунок).

PIC

Поскольку составляющая скорости второго школьника, перпендикулярная радиусу, равна ωr  , а модуль его скорости равен v = 2u = 2ωR  , имеем:

sinφ = -ωr- = -r-.
      2ωR    2R

Следовательно, в процессе погони угол φ  изменяется от начального значения, равного нулю, до конечного значения, равного φ0 = arcsin 12 = π6  . Найдём промежуток времени Δt  , за который угол φ  изменяется на некоторую малую величину Δ φ  . Для этого заметим, что за данный промежуток времени второй школьник удаляется от центра окружности на расстояние

Δr = 2R⋅Δ (sinφ ) = 2R(sin(φ + Δφ )− sinφ ) =
                 (    Δφ )    Δφ
       = 2R ⋅2cos φ + ---  sin ---.
                       2      2

Учтём, что синус малого угла приближённо равен его радианной мepe:

                Δ-φ
Δr ≈ 2R ⋅2 cosφ ⋅ 2  = 2R cosφ ⋅Δ φ.

Поскольку радиальная составляющая скорости второго школьника равна 2ωR cos φ  , он удалится от центра окружности на расстояние Δr  за время

     ---Δr----  2R-cosφ⋅Δ-φ-  Δ-φ
Δt = 2ωR cosφ =   2ωR cosφ   =  ω ,

пропорциональное изменению угла. Следовательно, время, которое займёт погоня, составит

    φ    π    πR
t = -0=  ---= ---= 5 с
    ω    6ω   6u
Ответ:
Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Объяснено, как меняется угол между направлением скорости второго школьника и радиусом во время погони

2

Введено приближение малого угла Δφ

2

Записано выражение для малого изменения расстояния от школьника до центра Δr

2

Получено выражения для времени Δt  в приближении малого угла

2

Представлен правильный ответ

2

Максимальный балл

10

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!