Тема . Механика. Динамика и Статика

.15 Сила трения

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

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#115429

Из зенитной установки выпущен снаряд вертикально вверх со скоростью v0 = 600 м/с.  Сила сопротивления воздуха F⃗= − k⃗v.  Определить максимальную высоту H  подъема снаряда и время его подъема τ  до этой высоты, если известно, что при падении снаряда с большой высоты его установившаяся скорость v = 100 м/с.
 1

(Сборник задач по общему курсу физики под редакцией В.А. Овчинкина)

Источники: Сборник задач по общему курсу физики под редакцией В.А. Овчинкина

Показать ответ и решение

1. Введем оси и запишем 2ой Закон Ньютона для снаряда:

              dv
− mg − kvy = m--y
               dt

Видно, что в нашем дифференциальном уравнении присутствует неоднородность в виде − mg  , его не удастся решить разделением переменных сразу. Чтобы избавится от проблемы введем замену переменных F = mg + kvy,  тогда dF = kdvy  .

2. Получили уравнение с разделяющимися переменными. Запишем и сразу интегрируем:

                  ∫ t
− F = m-dF--⇒  −-k   dτ = lnF |mg+kvy
       k ⋅dt    m   0         mg+kv0

Тогда

  k        mg + kvy       ( mg     )   -k   mg
− m-⋅t = ln mg-+-kv-⇒  vy =  k--+ v0 ⋅e−m ⋅t −-k-
                  0

3. Положим теперь v(t  ) = 0
y  под  . Тогда:

   (mg-    )   − km-⋅tпод mg-
0 =  k  + v0 ⋅e      −  k

Выразим отсюда время подъема:

                                        (       )
e km⋅tпод = mg-∕k+-v0= 1 + v0k ⇒ tпод = m-ln 1 + v0k
           mg ∕k        mg          k        mg

4. Вычислим высоту подъема снаряда как функцию от времени:

      ∫ t       [(mg     )(  m )   k-   mg   ]
H (t) =   vydτ =   -k-+ v0  − -k  e− m⋅t −-k-⋅t |t0 ⇒
       0

      (    2       )                  2
H (t) =  − m-g − mv0- e−mk⋅t − mg ⋅t+ m--g+ mv0-
          k2     k           k      k2     k

5. Вычислим теперь максимальную высоту подъема снаряда. Для этого запишем снова второй закон Ньютона:

− mg − kdy = m dvy ⇒ − mgdt − kdy = mdvy
       dt      dt

Проинтегрируем и получим (полагая под τ  время подъема снаряда):

− mg ⋅τ − k ⋅H = m (vy − v0)

В высшей точке траектории скорость снаряда нулевая

                         1
− mgτ − kH = − mv0 ⇒ H = --(mv0 − mg τ)
                         k
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!