- •1. Методичні вказівки до розв’язування задач
- •2. Вектори
- •Позначається векторний добуток на так: .
- •Вектор називається подвійним векторним добутком. Він є компланарним з векторами і . Можна показати, що . Приклад 1
- •Приклад 2
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •3.3. Приклади розв’язування задач з кінематики
- •3. Основи кінематики
- •3.1. Кінематика точки
- •3.2. Кінематика обертального руху
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •4. Динаміка
- •4.1. Методичні вказівки до розв’язування задач з динаміки
- •4.2. Динаміка матеріальної точки і поступального руху тіла
- •4.3. Приклади розв’язування задач з динаміки матеріальної точки і поступального руху тіла
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •4.4. Динаміка твердого тіла
- •4.5. Приклади розв’язування задач з динаміки твердого тіла
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Приклад 5
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Додаток
- •Основні одиниці сі
- •Приставки для утворення десяткових кратних і часткових одиниць
- •Деякі астрономічні величини
- •Похідні одиниці механічних величин в сі
- •Фундаментальні фізичні сталі
- •Список рекомендованої літератури
4.3. Приклади розв’язування задач з динаміки матеріальної точки і поступального руху тіла
Приклад 1
На
тіло маси
,
що лежить на гладкій горизонтальній
площині, в момент
почала діяти сила, яка залежить від часу
як
,
де
– стала. Напрям цієї сили весь час
утворює кут
з горизонтом (див. рис. 1.1). Знайти:
швидкість тіла на момент відриву від площини;
шлях, який пройшло тіло до цього моменту.
Розв’язання:
Розглядуване
тіло взаємодіє з Землею і з площиною.
На тіло діє з боку Землі сила ваги
,
а з боку площини – сила реакції опори
.
Сила тертя відсутня, оскільки площина
є гладкою. Динамічне рівняння руху
(другий закон Ньютона) у векторному
вигляді:
. (1.1)
Перейдімо від векторів до їхніх проекцій (Рис. 1.2.):
, (1.2)
. (1.3)
На
момент відриву тіло перестає взаємодіяти
з площиною, тобто
.
Тоді з (1.3) випливає:
. (1.4)
З формули (1.4) знайдемо момент часу, коли відбувається відрив тіла від площини:
. (1.5)
З виразу (1.2) дістаємо залежність прискорення від часу:
. (1.6)
Оскільки
,
то, враховуючи (1.6),
.
Швидкість на момент відриву
. (1.7)
Залежність швидкості від часу має вигляд:
.
(1.8)
Після
підстановки в (1.7) значення
з (1.5) дістанемо шукане значення швидкості
тіла на момент відриву його від площини:
.
Оскільки
рух прямолінійний, шлях, який пройшло
тіло до моменту відриву
,
де
– координата тіла на момент відриву.
Координата
зв’язана із швидкістю наступним чином:
.
Підставивши з (1.8), дістанемо:
.
А шлях, який пройшло тіло до моменту відриву:
. (1.9)
Після підстановки значення з (1.5) у формулу (1.9) знайдемо шлях
.
Задачі для самостійного розв’язування
Невеликому тілові надають початкову швидкість
,
внаслідок чого воно починає рухатися
поступально вгору по похилій площині,
яка утворює кут
з горизонтом. Коефіцієнт тертя між
площиною й тілом
.
Скільки часу рухатиметься тіло до
зупинки?
Відповідь:
с.
Матеріальна точка маси 6 кг може рухатися вздовж осі х без тертя. Вона починає рух при
і
.
Точка рухається протягом 3
секунд під дією сили
ньютон.Якої швидкості вона при цьому набуває?
Яким є її прискорення наприкінці шляху?
Чому дорівнює потужність, що витрачається на її рух на цей момент?
Відповідь:
.
Приклад 2
На
підлозі стоїть візок у вигляді довгої
дошки, наділеної легкими колесами. На
одному кінці дошки стоїть людина. Маса
людини
кг,
маса дошки
кг.
З якою швидкістю
(відносно підлоги) рухатиметься візок,
якщо людина піде вздовж дошки із швидкістю
(відносно дошки)
?
Знайти, на яку відстань
:
1) пересунеться візок, якщо людина перейде
на інший кінець дошки; 2) переміститься
людина відносно підлоги; 3) переміститься
центр мас системи візок – людина відносно
дошки та відносно підлоги. Довжина дошки
м.
Масою колес знехтувати. Тертя у втулках
не враховувати.
Розв’язання:
Закон збереження імпульсу для системи візок – людина у системі відліку, зв’язаній з підлогою, має вигляд:
. (2.1)
Спроектуємо усі вектори на вісь Х:
. (2.2)
Швидкість візка, як випливає з формули (2.2):
. (2.3)
Після підстановки числових значень у формулу (2.3) дістанемо:
.
Переміщення
людини відносно візка
,
звідси
. (2.4)
Переміщення візка відносно підлоги за той самий час:
. (2.5)
Підставивши (2.4) у (2.5), знайдемо переміщення візка:
м. (2.6)
Переміщення людини відносно підлоги
м.
Знайдемо
первісне положення центра мас системи
візок – людина відносно візка:
. (2.7)
Коли людина перейшла на інший кінець дошки, центр мас змінив положення. З міркувань симетрії випливає:
. (2.8)
Переміщення центра мас системи візок – людина відносно візка
м.
Переміщення центра мас системи візок – людина відносно підлоги
.
Система візок – людина є замкненою, тому при будь-яких переміщеннях тіл всередині системи її центр мас не змінює положення відносно підлоги.
