Тема . Механика. Колебания

.03 Уравнение гармонических колебаний

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

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#48988

Однородный прямоугольный брусок скользит со скоростью v0  , направленной вдоль его более длинных сторон (длиной L  ), по гладкой горизонтальной поверхности. В некоторый момент времени он встречает границу очень обширной шероховатой области, перпендикулярную направлению его движения. За какое время после этого он остановится? Считать, что сила трения для части бруска пропорциональна площади этой части. Известно, что если скорость v0  сообщить бруску, покоящемуся внутри шероховатой области, то он остановится за время τ = 2L-= 1 с
    v0  .

(«Покори Воробьёвы горы!», 2017, 10–11)

Источники: Покори Воробьёвы горы!, 2017, 10–11

Показать ответ и решение

PIC

Знание времени торможения бруска на шероховатой горизонтальной поверхности позволяет определить коэффициент трения μ  : поскольку сила трения сообщает бруску ускорение, равное по модулю μg  и направленной против скорости, то     v0       v0
τ = μg-⇒ μ = gτ-.  Запишем теперь уравнение движения бруска массой m  в процессе пересечения границы шероховатой области:

                  x        v
max = Fтрх = − μmg- ⇒ x′′t + -0x = 0.
                 L         τL

Как видно, брусок будет двигаеться по гармоническому закону

                               ∘ ---
x(t) = A cos(ω0t)+ B sin(ω0t) ω0 =  v0-.
                                 τL

С учетом начальных условий x(0) = 0  , x′t(0) = v0  , получаем закон движения переднего края бруска

(|
{A = 0                     ∘ -----
|(B  = v0-= √τLv--  ⇒ x(t) =  τLv0 sin(ω0t)
      ω0       0

и закон изменения скорости бруска v (t) = x ′= v cos(ω t)
 x      t   0    0  . Поскольку у нас √L-τv-> L ⇔  τ >-L,
     0          v0  то брусок полностью пересечет границу за время t1  , определяемое из соотношения

                                 ---     (   ---)
      ∘ -----                  ∘ τL        ∘  L
x(t1) =  τLv0 sin(ω0t1) = L ⇒ t1 =   v0-arcsin    τv0  ,

и его скорость в этот момент времени будет равна                   ∘ -------
                        -L-
v1 = v0 cos(ω0t1) = v0 1 − τv0.  Далее брусок тормозит с постоянным ускорением, и его скорость уменьшается до нуля

             ∘-------   ∘--(------)
t2 =-v1-= τ-v0  1 − -L- =  τ  τ − L- .
    μg    v0      τv0           v0

В результате полное время торможения

           ∘ ---      (∘ ---)   ∘ --(------)
τ = t1 + t2 = τL-arcsin   -L-  +   τ  τ − L- =  π+√-4τ ≈ 1,26 с
              v0         τv0             v0     4  2

(Официальное решение ПВГ)

Ответ:
Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Сделан верный вывод о значении μ

2

Получен закон движения переднего края бруска

2

Получено значение времени t1  , за которое брусок полностью пересечет границу

2

Получено значение времени t
 2  , за которое брусок тормозит с постоянным ускорением до полной остановки

2

Получен верный численный 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!