Рыба неподвижно стоит в толще воды какие силы в данном случае компенсируют друг друга
Обновлено: 04.07.2024
Задание 30 № 25919
На гладкой горизонтальной поверхности стола покоится горка с двумя вершинами, высоты которых h и (см. рисунок). На правой вершине горки находится шайба. От незначительного толчка шайба и горка приходят в движение, причём шайба движется влево, не отрываясь от гладкой поверхности горки, а поступательно движущаяся горка не отрывается от стола. Скорость шайбы на левой вершине горки оказалась равной v. Найдите отношение масс шайбы и горки.
Какие законы Вы используете для описания взаимодействия горки и тела? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Обоснование. Горка и тело движутся поступательно. Внешние силы — сила реакции опоры и сила тяжести — не оказывают действия в горизонтальном направлении. Сила трения не действует, т. к. поверхность горки гладкая. Действием силы сопротивления воздуха можно пренебречь. Тогда в инерциальной системе отсчета по горизонтальной оси можно применять закон сохранения импульса.
В начальный момент в конечный момент проекция полного импульса равна Из закона сохранения импульса получим: где m — масса шайбы, M — масса горки.
Работа сил тяжести определяется изменением потенциальной энергии, а суммарная работа сил реакции равна нулю, так как поверхности гладкие. Следовательно, полная механическая энергия системы тел, равная сумме кинетической и потенциальной, сохраняется. Так как потенциальная энергия горки не изменилась, получаем уравнение
Решение системы даёт отношение масс
Задание 30 № 25774
Имеется недеформированная пружина длиной L = 30 см и жёсткостью k = 30 Н/м, груз массой m = 1 кг, а также вращающийся с частотой массивный диск. На каком минимальном расстоянии от центра диска можно положить на него груз, прикрепив его пружиной к центру диска, чтобы груз оставался неподвижным относительно диска? Коэффициент трения между грузом и диском Размерами груза пренебречь. Сделайте схематический рисунок с указанием сил, действующих на груз.
Какие законы Вы использовали для описания движения бруска? Обоснуйте их применимость к данному случаю.
Обоснование.
1. Рассмотрим задачу в инерциальной системе отсчета, связанной с Землей. Будем считать эту систему отсчета инерциальной (ИСО). Тело описываем моделью материальной точки, так как его размеры малы по сравнению с диском.
2. При вращении диска на тело действуют потенциальная сила тяжести, сила реакции опоры, перпендикулярная опоре, потенциальная сила упругости, возникающая в упруго деформированной пружине и сила трения покоя. Работа силы тяжести и силы реакции опоры равны нулю.
3. Поскольку тело описывается моделью материальной точки, в ИСО применим второй закон Ньютона. Равнодействующая сила направлена к центру, следовательно, тело движется с центростремительным ускорением. Для материальной точки применимы законы равномерного движения по окружности.
Перейдем к решению.
1.На груз действуют четыре силы: сила тяжести нормальная составляющая силы реакции опоры сила упругости и сила трения
Выясним, в каком состоянии будет находиться пружина. Если грузик находится на расстоянии L от центра, то равнодействующая сила равна H. Максимальная сила трения равна H. Значит, пружина должна быть сжата, сила упругости направлена вправо (см. рисунок), а сила трения — влево. Поскольку пружина максимально сжата, а груз при этом находится в покое относительно диска, сила трения покоя принимает максимальное значение:
2. Второй закон Ньютона в проекциях на оси инерциальной системы отсчёта XOY имеет вид: Сила упругости определяется законом Гука: Центростремительное ускорение груза выражается формулой
3. Из формул, приведённых выше, получаем: где Окончательно получим:
Задание 30 № 25771
Полый конус с углом при вершине 2α вращается с угловой скоростью ω вокруг вертикальной оси, совпадающей с его осью симметрии. Вершина конуса обращена вверх. На внешней поверхности конуса находится небольшая шайба, коэффициент трения которой о поверхность конуса равен μ. При каком максимальном расстоянии L от вершины шайба будет неподвижна относительно конуса? Сделайте схематический рисунок с указанием сил, действующих на шайбу.
Какие законы Вы использовали для описания движения шайбы? Обоснуйте их применимость к данному случаю.
Обоснование.
1. Рассмотрим задачу в системе отсчета, связанной с Землей. Будем считать эту систему отсчета инерциальной (ИСО). Шайбу описываем моделью материальной точки, так как ее размерами в данных условиях можно пренебречь.
2. На шайбу действуют потенциальная сила тяжести, непотенциальные сила реакции опоры, перпендикулярная боковой поверхности конуса, и сила трения. Работа силы реакции опоры по поверхности конуса равна нулю.
3. Поскольку тело описывается моделью материальной точки, равнодействующая приложенных сил является причиной центростремительного ускорения, то в ИСО применим второй закон Ньютона.
Перейдем к решению.Запишем второй закон Ньютона для шайбы:
Проекции уравнения на оси OX и OY в инерциальной системе отсчёта, связанной с Землей:
Поскольку система уравнений принимает вид:
Откуда Но Следовательно,
Задание 30 № 25772
Небольшая шайба массой 10 г скатывается по внутренней поверхности гладкого закреплённого кольца радиусом и в нижней точке приобретает некоторую скорость υ (см. рисунок). На высоте h = 0,2 м шайба отрывается от кольца и начинает свободно падать. Определите силу, с которой шайба давит на поверхность кольца в нижней точке траектории.
Какие законы Вы использовали для описания движения шайбы? Обоснуйте их применимость к данному случаю.
Обоснование.
1. Рассмотрим задачу в системе отсчета, связанной с Землей. Будем считать эту систему отсчета инерциальной (ИСО). Шайбу описываем моделью материальной точки, так как ее размерами по сравнению с кольцом можно пренебречь.
2. При движении шайбы по поверхности кольца на нее действуют потенциальная сила тяжести и сила реакции опоры со стороны кольца, перпендикулярная его поверхности. Работа силы реакции опоры при движении шайбы равна нулю, сила трения отсутствует. Тогда в ИСО можно применить закон сохранения энергии.
3. Поскольку шайба описывается моделью материальной точки, условие отрыва этого тела от поверхности кольца формируется на основе второго закона Ньютона. В момент отрыва обращается в ноль сила реакции опоры. Для материальной точки применимы законы движения по окружности.
Перейдем к решению. В момент отрыва от кольца на высоте h шайба имела скорость u, определяемую из закона сохранения энергии: При этой скорости её центростремительное ускорение в инерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй, в соответствии со вторым законом Ньютона вызвано только радиальной составляющей силы тяжести, действующей на шайбу, т. к. сила реакции поверхности кольца в этот момент становится равной нулю: где — угол между горизонтом и направлением на шайбу от центра кольца. Учитывая, что исключим из системы уравнений и
В нижней точке траектории согласно второму закону Ньютона: Следовательно,
Задание 30 № 25892
Снаряд массой 4 кг, летящий со скоростью 400 м/с, разрывается на две равные части, одна из которых летит в направлении движения снаряда, а другая — в противоположную сторону. В момент разрыва суммарная кинетическая энергия осколков увеличилась на величину Скорость осколка, летящего по направлению движения снаряда, равна 900 м/с. Найдите
Какие законы Вы используете для описания взрыва снаряда? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Обоснование. Для описания разрыва снаряда использован закон сохранения импульса системы тел. Он выполняется в инерциальной системе отсчёта, если сумма внешних сил, приложенных к телам системы, равна нулю. В данном случае из-за отсутствия сопротивления воздуха внешней силой является только сила тяжести mg, которая не равна нулю. Но этим можно пренебречь, считая время разрыва снаряда малым. За малое время разрыва импульс каждого из осколков меняется на конечную величину за счёт больших внутренних сил, разрывающих снаряд при взрыве. По сравнению с этими большими силами конечная сила тяжести пренебрежимо мала. Так как время разрыва снаряда считаем малым, то можно пренебречь и изменением потенциальной энергии снаряда и его осколков в поле тяжести в процессе разрыва. В инерциальной системе отсчета выполняется закон сохранения импульса тел.
Перейдем к решению. Введем обозначения: — масса снаряда до взрыва; — модуль скорости снаряда до взрыва; — модуль скорости осколка, летящего вперед; — модуль скорости осколка, летящего назад.
Система уравнений для решения задачи:
Выразим из первого уравнения: и подставим во второе уравнение. Получим:
Задание 30 № 25893
Снаряд массой 4 кг, летящий со скоростью 400 м/с, разрывается на две равные части, одна из которых летит в направлении движения снаряда, а другая — в противоположную сторону. В момент разрыва суммарная кинетическая энергия осколков увеличилась на величину Определите скорость осколка, летящего по направлению движения снаряда.
Какие законы Вы используете для описания взрыва снаряда? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Обоснование. Для описания разрыва снаряда использован закон сохранения импульса системы тел. Он выполняется в инерциальной системе отсчёта, если сумма внешних сил, приложенных к телам системы, равна нулю. В данном случае из-за отсутствия сопротивления воздуха внешней силой является только сила тяжести mg, которая не равна нулю. Но этим можно пренебречь, считая время разрыва снаряда малым. За малое время разрыва импульс каждого из осколков меняется на конечную величину за счёт больших внутренних сил, разрывающих снаряд при взрыве. По сравнению с этими большими силами конечная сила тяжести пренебрежимо мала. Так как время разрыва снаряда считаем малым, то можно пренебречь и изменением потенциальной энергии снаряда и его осколков в поле тяжести в процессе разрыва. В инерциальной системе отсчета выполняется закон сохранения импульса тел.
Перейдем к решению. Введем обозначения: — масса снаряда до взрыва; — модуль скорости снаряда до взрыва; — модуль скорости осколка, летящего вперёд; — модуль скорости осколка, летящего назад.
Система уравнений для решения задачи:
Выразим из первого уравнения: и подставим во второе уравнение. Получим:
Задание 30 № 25895
Какие законы Вы используете для описания взрыва снаряда? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Обоснование. Для описания разрыва снаряда использован закон сохранения импульса системы тел. Он выполняется в инерциальной системе отсчёта, если сумма внешних сил, приложенных к телам системы, равна нулю. В данном случае из-за отсутствия сопротивления воздуха внешней силой является только сила тяжести mg, которая не равна нулю. Но этим можно пренебречь, считая время разрыва снаряда малым. За малое время разрыва импульс каждого из осколков меняется на конечную величину за счёт больших внутренних сил, разрывающих снаряд при взрыве. По сравнению с этими большими силами конечная сила тяжести пренебрежимо мала. Так как время разрыва снаряда считаем малым, то можно пренебречь и изменением потенциальной энергии снаряда и его осколков в поле тяжести в процессе разрыва. В инерциальной системе отсчета выполняется закон сохранения импульса тел.
Перейдем к решению. Для системы выполняются законы сохранения импульса и энергии (не механической энергии, а просто энергии, так как в данном случае внутренняя энергия взрывчатого вещества переходит в кинетическую энергию осколков):
Здесь u — скорость снаряда до взрыва. Решая систему из двух уравнений, для энергии взрыва получаем
Источник: ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 1., ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 4.
Задание 30 № 25896
Какие законы Вы используете для описания взрыва снаряда? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Обоснование. Для описания разрыва снаряда использован закон сохранения импульса системы тел. Он выполняется в инерциальной системе отсчёта, если сумма внешних сил, приложенных к телам системы, равна нулю. В данном случае из-за отсутствия сопротивления воздуха внешней силой является только сила тяжести mg, которая не равна нулю. Но этим можно пренебречь, считая время разрыва снаряда малым. За малое время разрыва импульс каждого из осколков меняется на конечную величину за счёт больших внутренних сил, разрывающих снаряд при взрыве. По сравнению с этими большими силами конечная сила тяжести пренебрежимо мала. Так как время разрыва снаряда считаем малым, то можно пренебречь и изменением потенциальной энергии снаряда и его осколков в поле тяжести в процессе разрыва. В инерциальной системе отсчета выполняется закон сохранения импульса тел.
Перейдем к решению. Для системы выполняются законы сохранения импульса и энергии (не механической энергии, а просто энергии, так как в данном случае внутренняя энергия взрывчатого вещества переходит в кинетическую энергию осколков):
Здесь — скорость второго осколка после взрыва. Решая систему из двух уравнений, для массы осколка получаем
Задание 30 № 25897
Какие законы Вы используете для описания взрыва снаряда? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Обоснование. Для описания разрыва снаряда использован закон сохранения импульса системы тел. Он выполняется в инерциальной системе отсчёта, если сумма внешних сил, приложенных к телам системы, равна нулю. В данном случае из-за отсутствия сопротивления воздуха внешней силой является только сила тяжести mg, которая не равна нулю. Но этим можно пренебречь, считая время разрыва снаряда малым. За малое время разрыва импульс каждого из осколков меняется на конечную величину за счёт больших внутренних сил, разрывающих снаряд при взрыве. По сравнению с этими большими силами конечная сила тяжести пренебрежимо мала. Так как время разрыва снаряда считаем малым, то можно пренебречь и изменением потенциальной энергии снаряда и его осколков в поле тяжести в процессе разрыва. В инерциальной системе отсчета выполняется закон сохранения импульса тел.
Перейдем к решению. Обозначим массу каждого осколка через Тогда искомая масса снаряда равна
Для системы выполняются законы сохранения импульса и энергии (не механической энергии, а просто энергии, так как в данном случае внутренняя энергия взрывчатого вещества переходит в кинетическую энергию осколков):
Здесь — скорость снаряда до взрыва. Решая систему из двух уравнений, для массы снаряда получаем
Масса всего снаряда в два раза больше.
Задание 30 № 25898
Какие законы Вы используете для описания взрыва снаряда? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Обоснование. Для описания разрыва снаряда использован закон сохранения импульса системы тел. Он выполняется в инерциальной системе отсчёта, если сумма внешних сил, приложенных к телам системы, равна нулю. В данном случае из-за отсутствия сопротивления воздуха внешней силой является только сила тяжести mg, которая не равна нулю. Но этим можно пренебречь, считая время разрыва снаряда малым. За малое время разрыва импульс каждого из осколков меняется на конечную величину за счёт больших внутренних сил, разрывающих снаряд при взрыве. По сравнению с этими большими силами конечная сила тяжести пренебрежимо мала. Так как время разрыва снаряда считаем малым, то можно пренебречь и изменением потенциальной энергии снаряда и его осколков в поле тяжести в процессе разрыва. В инерциальной системе отсчета выполняется закон сохранения импульса тел.
Перейдем к решению. Для системы выполняются законы сохранения импульса и энергии (не механической энергии, а просто энергии, так как в данном случае внутренняя энергия взрывчатого вещества переходит в кинетическую энергию осколков):
Здесь — скорость снаряда до взрыва. Решая систему из двух уравнений, для энергии взрыва получаем
Источник: ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 1., ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 4.
Задание 30 № 25899
Снаряд массой 4 кг, летящий со скоростью 400 м/с в полёте разрывается на две равные части, одна из которых продолжает движение по направлению движения снаряда, а другая — в противоположную сторону. В момент разрыва суммарная кинетическая энергия осколков увеличивается за счёт энергии взрыва на величину ΔЕ = 0,5 МДж. Найдите модуль скорости осколка, движущегося по направлению движения снаряда.
Какие законы Вы используете для описания взрыва снаряда? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Обоснование. Для описания разрыва снаряда использован закон сохранения импульса системы тел. Он выполняется в инерциальной системе отсчёта, если сумма внешних сил, приложенных к телам системы, равна нулю. В данном случае из-за отсутствия сопротивления воздуха внешней силой является только сила тяжести mg, которая не равна нулю. Но этим можно пренебречь, считая время разрыва снаряда малым. За малое время разрыва импульс каждого из осколков меняется на конечную величину за счёт больших внутренних сил, разрывающих снаряд при взрыве. По сравнению с этими большими силами конечная сила тяжести пренебрежимо мала. Так как время разрыва снаряда считаем малым, то можно пренебречь и изменением потенциальной энергии снаряда и его осколков в поле тяжести в процессе разрыва. В инерциальной системе отсчета выполняется закон сохранения импульса тел.
Перейдем к решению. Обозначим массу каждого осколка через Тогда искомая масса снаряда равна
Для системы выполняются законы сохранения импульса и энергии (не механической энергии, а полной энергии, так как в данном случае внутренняя энергия взрывчатого вещества переходит в кинетическую энергию осколков):
Здесь — скорость снаряда до взрыва. Выразим скорость второго осколка из закона сохранения импульса и подставим в закон сохранения энергии
Читайте также: