Уравнение движения материальной точки по прямой имеет вид

Уравнение движения материальной точки по прямой имеет вид х=А+Вt+Сt2 , где А=4 м, В=2 м/с, С=-0,5 м/с2.

👉 Как получить работу? Ответ: Напишите мне в whatsapp и я вышлю вам форму оплаты, после оплаты вышлю решение.

➕ Как снизить цену? Ответ: Соберите как можно больше задач, чем больше тем дешевле, например от 10 задач цена снижается до 50 руб.

➕ Вы можете помочь с разными работами? Ответ: Да! Если вы не нашли готовую работу, я смогу вам помочь в срок 1-3 дня, присылайте работы в whatsapp и я их изучу и помогу вам.

⚡ Условие + 37% решения:

Уравнение движения материальной точки по прямой имеет вид х=А+Вt+Сt2 , где А=4 м, В=2 м/с, С=-0,5 м/с2 . Для момента времени t1=2 секунды определить координату точки и мгновенное ускорение. Найти путь, пройденный точкой, и среднюю скорость за промежуток времени от t1=2с до t2=6с.

Решение 1. Координату точки, для которой известно кинематическое уравнение движения, найдем, подставив в уравнение движения заданное значение времени 1 t : x1=А+Вt+Сt2 Подставив в это выражение значения постоянных А, В, С, и 1 t , произведем вычисления: x1(t1)=4+42-0,52 2=8 м (1) x1  8 м. 2. Уравнение, описывающее зависимость скорости от времени, найдем, продифференцировав координату x по времени: B Ct dt dx v    3 (2)

Готовые задачи по физике которые сегодня купили:

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Примеры решения задач по теме №1

«Механика и элементы специальной теории относительности»

Задача 1 Уравнение движения точки по прямой имеет вид: x = A+Bt+Ct 3 , где А = 4 м, В = 2 м/c, С = 0,2 м/с 3 . Найти: 1) положение точки в моменты времени t = 2 c и t = 5 с; 2) среднюю скорость за время, протекшее между этими моментами; 3) мгновенные скорости в указан­ные моменты времени; 4) среднее ускорение за указанный промежуток вре­мени; 5) мгно­венные ускорения в указанные моменты времени.

x = A + Bt + Ct 3 A = 4 м B = 2 м/c C = 0,2 м/c 3 t1 = 2 c; t2 = 5 c	Решение 1. Чтобы найти координаты точки, надо в уравнение дви­же­­­ния подставить значения t1 и t2: x1 = (4+2×2+0,2×2 3 ) м = 9,6 м, x2 = (4+2×5+0,2×5 3 ) м = 39 м.
x1, x2, — ? u1, u2 — ? , a1, a2 — ?	2. Средняя скорость ,

м/с = 9,8 м/с.

3. Мгновенные скорости найдем, продифференцировав по времени уравнение движения:

u₁ = (2+3×0,2×2 2 ) м/с = 4,4 м/c;

u₂ = (2+3×0,2×5 2 ) м/с = 17 м/с.

4. Среднее ускорение ,

м/c 2 = 4,2 м/с 2 .

5. Мгновенное ускорение получим, если продифференцируем по времени выражение для скорости: a = 2×3×Ct = 6Ct.

a₁ = 6×0,2×2 м/c 2 = 2,4 м/с 2 ;

a₂ = 6×0,2×5 м/с 2 = 6 м/с 2 .

Ответ: x₁ = 9,6 м; x₂ = 39 м; áuñ = 9,8 м/с; u₁ = 4,4 м/c; u₂ = 17 м/с; áаñ = 4,2 м/с 2 ; a₁ = 2,4 м/с 2 ; a₂ = 6 м/с 2 .

Задача 2 Маховик вращается равноускоренно. Найти угол a, ко­то­рый составляет вектор полного ускорения любой точки маховика с радиусом в тот момент, когда маховик совершит первые N=2 оборота.

w0 = 0 N = 2 e = const	Решение Разложив вектор точки М на тангенци­аль­ное и нормальное уско­ре­ния, видим, что иско­мый угол определяется соотно­шением tga=at/an.
a — ?

Поскольку в условии дано лишь число оборотов, перейдем к угловым величинам. Применив формулы: a_t = eR, a_n = w 2 R, где R – радиус маховика, получим

tga =

так как маховик вращается равноускоренно, найдем связь между величинами e и w;

Поскольку w₀ = 0; j = 2pN, то w 2 = 2e×2pN = 4pNe.

Подставим это значение в формулу, получим:

a » 2,3°.

Задача 3 Две гири с массами m₁ = 2 кг и m₂ = 1 кг соединены нитью, пе­ре­ки­ну­той через невесомый блок. Найти ускорение a, с которым движутся гири, и силу натяжения нити . Трением в блоке пренебречь.

m1 = 2 кг m2 = 1 кг	Решение Воспользуемся для решения задачи основным законом динамики где – равнодействующая всех сил, действующих на тело.
a, FН — ?

На тело 1 и тело 2 действуют только две силы – сила тяжести и сила

натяжения нити. Для первого тела имеем

(1)

для второго тела

. (2)

Так как сила трения в блоке отсутствует,

.

Ускорения тел а₁ и а₂ направлены в противоположные стороны и равны по модулю:

.

Получаем из выражений (1) и (2) систему уравнений

Выберем ось Х, как показано на рисунке и запишем полученную систему уравнений

в проекции на ось Х

Решая эту систему относительно а и F_Н, получаем:

= 3,3 м/с 2 ; = 13 Н.

Ответ: a= 3,3 м/c 2 ; F_H = 13 Н.

Задача 4 К ободу однородного диска радиусом R=0,2 м прило­жена каса­тель­ная сила F=98,1 Н. При вращении на диск действует момент сил трения

М_ТР=4,9 Н×м. Найти массу m диска, если известно, что диск вращается с угловым ускорением e=100 рад/с 2 .

R = 0,2 м F = 98,1 Н MТР = 4,9 Н×м e = 100 рад / c 2	Решение Воспользуемся основным законом динамики вращательного движения, записанным для оси вращения, направление которой совпадает с направлением угловой скорости: , где — момент сил, приложенных к телу,
m — ?

относительно выбранной оси ( M_F — момент силы F, M_тр – момент сил трения);

— момент инерции диска.

Учитывая, что M_F=F×R, получаем .

Отсюда ; m = 7,4 кг.

Задача 5 На гладкой горизонтальной поверхности находятся две одинаковые соприкасающиеся шайбы. Третья такая же шайба налетает на них со скоростью v₀ = 6 м/с, направленной по общей касательной к неподвижным шайбам. После столкновения налетевшая шайба движется вдоль первоначального направления со скоростью v₁ = 2 м/с. Найти величину энергии, перешедшей во внутреннюю энергию тел при столкновении. Масса каждой шайбы m = 100 г.

Решение

Рассмотрим систему, состоящую из трех шайб. Данная система не является консервативной, так как в условии задачи требуется найти энергию, перешедшую во внутреннюю энергию тел при их взаимодействии. Значит, удар не является абсолютно упругим, и механическая энергия системы не сохраняется. Строго говоря, эта система не является и замкнутой, так как на тела действуют внешние силы тяжести и реакции поверхности, на которой находятся шайбы. Однако эти внешние силы направлены вертикально и их проекции на любую горизонтально проведенную ось равны нулю. Поэтому при описании удара тел можно пользоваться законом сохранения импульса (для его проекций на любую горизонтальную ось).

Рассмотрим два состояния выбранной системы тел: 1) налетающая шайба движется со скоростью v₀ вдоль горизонтальной оси X, остальные две шайбы покоятся; 2) после частично неупругого удара налетающая шайба движется вдоль оси X с меньшей скоростью v₁, а две первоначально покоившиеся шайбы разлетаются со скоростями v₂ и v₃.

Поскольку размеры всех шайб одинаковы, то скорости v₂ и v₃, направленные вдоль прямых,

соединяющих центры шайб в момент удара, составляют одинаковые углы a = 30 о с осью X, а так как массы всех шайб по условию равны, то очевидно, что скорости v₂ и v₃ равны по модулю, то есть v₂ = v₃ = v.

Теперь запишем закон сохранения импульса для проекций импульсов взаимодействующих тел на ось X:

Тогда mv₀ = mv₁ + 2 mv сosa.

Отсюда .

Энергию, перешедшую во внутреннюю энергию тел при частично неупругом ударе, можно найти как разность кинетической энергии налетающей шайбы до удара и суммарной кинетической энергии всех тел после удара:

.

Ответ: DU = 1,07 Дж.

Задача 6 Небольшое тело массой m равномерно втащили на горку, действуя силой, которая в каждой точке направлена по касательной к траектории. Найти работу этой силы, если высота горки h, длина ее основания l, и коэффициент трения m.

Решение

Работу, совершаемую силой , можно найти по общему определению работы:

.

Для этого необходимо предварительно найти силу . Рассмотрим перемещаемое тело в произвольной точке траектории его движения. На тело действуют четыре силы: сила тяжести , сила реакции опоры , сила трения скольжения и внешняя сила . Поскольку по условию задачи тело движется равномерно, то векторная сумма этих сил равна нулю:

Выберем координатные оси х и у таким образом, чтобы ось х была направлена по каса­тельной к траектории (вдоль перемещения ).

Запишем векторное равенство в проекциях на эти координатные оси:

oсь x:

oсь y:

Тогда , а модуль силы

.

Теперь можно найти выражение для элементарной работы, совершаемой силой F при перемещении тела на расстояние dr. При этом учтем, что угол между векторами и равен нулю и косинус этого угла равен единице.

Тогда .

Из рис. видно, что , где dh — элементарное приращение высоты при перемещении тела на расстояние dr, а , то есть элементарному перемещению тела в горизонтальном направлении.

Тогда ,

и полная работа, совершаемая силой F при втаскивании тела на горку:

.

Ответ: .

Задача 7 Круглая платформа радиусом R=1,0 м, момент инерции которой J=130 кг×м 2 , вращается по инерции вокруг вертикальной оси, делая n₁=1,0 об/с. На краю платформы стоит человек, масса которого m=70 кг. Сколько оборотов в секунду n₂ будет совершать платформа, если человек перейдет в её центр? Момент инерции человека рассчитывать как для материальной точки.

где L₁ — импульс системы «платформа + человек на краю платформы», L₂ — импульс системы «платформа + человек в центре платформы».

где mR 2 — момент инерции человека, J₁ = J+mR 2 — момент инерции системы «платформа + человек на краю платформы», J₂ — момент инерции системы «платформа + человек в центре платформы», w₁ и w₂ — соответствующие угловые скорости системы. Решая систему уравнений (1) — (3), получаем

Задача 8 В условно неподвижной системе отсчета К в точках с коорди­натами x_A и x_B = x_A + l, где l = 1 км, одновременно происходят два события A и B. На каком расстоянии l¢_АВ друг от друга зафиксирует эти события наблюдатель в системе К¢, движущейся со скоростью v = 0,4×с вдоль оси X? Какой промежуток времени Dt¢ между этими событиями зафиксирует наблюдатель в системе К¢?

Решение

Обозначим через t₀ момент времени, когда в системе К происходят события А и В. Тогда событие А в этой системе обладает пространственно – временными координатами x_A и t₀, а событие В – координатами x_B и t₀. В системе К¢ событие А обладает пространственно–временными координатами x₁¢ и t₁¢, а событие В – координатами x₂¢ и t₂¢. Связь координат каждого из событий можно записать с помощью преобразований Лоренца.

Найдя разность этих выражений, получим расстояние между точками, в которых происходят события А и В в системе К¢.

Видно, что расстояние l¢_АВ, разделяющее события А и В в любой системе, движущейся относительно К, больше, чем это же расстояние, измеренное в системе К, в которой оба события одновременны. Рассчитаем расстояние l¢_АВ.

Моменты времени, в которые в системе К¢ наблюдатель зафиксирует события А и В, также могут быть найдены из преобразований Лоренца:

Видно, что события А и В в системе отсчета К¢ не являются одновремен­ными. Если x_B > x_A и система К¢ движется в положительном направлении оси X, как и задано в условии, то t₂¢ — t₁¢

Кинематика материальной точки. Кинематическое уравнение движения материальной точки по прямой

Страницы работы

Содержание работы

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

Кафедра общей и технической физики

Тема: «Кинематика материальной точки»

Выполнил: студент гр. БА-02 ________________ /Михалов А.И./

Проверил: доцент ________________ /Смирнова Н.Н./

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

1. Формулировка задания.

Кинематическое уравнение движения материальной точки по прямой (ось x) имеет вид,

1. Путь, пройденный материальной точкой за интервал времени от t₁=2.2с до t₂=10с.

2. Среднюю путевую скорость V за тот же интервал времени.

3. Среднее значение ускорения.

4. Координату материальной точки в момент времени t₁ и t₂

Построить графики зависимостей величин V(t), а(t) при изменении времени.

2 Краткое теоретическое содержание.

Основные определения

Исходное уравнение – х=f(t)=7+3t-0,02t 3 – уравнение зависимости координаты от времени. Данное уравнение является уравнением прямолинейного движения, т.к. изменяется только одна координата.

Материальная точка – тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других тел.

Путь (S) – расстояние по траектории (от начала движения до данной точки). [S]=м

Скорость () – векторная величина, которая определяет как быстроту движения, так и его направление в данный момент времени. Скорость – это первая производная радиус-вектора по времени. [V]=м/с

Среднепутевая скорость () – физическая величина, которая определяется отношением пути, пройденного точкой, к промежутку времени.

Ускорение () – векторная физическая величина, определяющая быстроту изменения скорости по модулю и направлению. Ускорение – это вторая производная радиус-вектора по времени, или первая производная скорости по времени. [a]=м/с 2

Среднее ускорение (а_ср) — физическая величина, которая равна отношению изменения скорости к интервалу времени.

Равнозамедленное прямолинейное движение – движение, при котором скорость материальной точки за равные промежутки времени изменяется на одну и тужу величину, причём направления вектора скорости и ускорения противоположны.)

Основные формулы, применяемые в работе.

1. Путь, пройденный материальной точкой за интервал времени от t₁до t_2:

Для определения пути разобьем его на два, т.к. при изменении знака проекции скорости, точка изменяет направление движения и начинает двигаться в обратном направлении:

где S₁— путь, пройденный материальной точкой за время t _max-t ₁;

S₂ — путь, пройденный материальной точкой за время t ₂-t _max;

t _max– время в момент возврата материальной точки (когда точка начинает двигаться в обратном направлении: путь возрастает, а координата материальной точки убывает).

Чтобы найти формулы вычисления S₁ и S₂, схематично изобразим данное движение:

Из данного рисунка видно, что путь равен приращению координаты:

где x₁,x₂ – координаты точки в моменты времени t ₁ и t ₂ соответственно;

x_max – максимальная координата, которую материальная точка достигает в момент, когда начинает двигаться обратно (скорость меняет знак).

2. t _max определяется приравниванием к нулю первой производной от координаты по времени, т.к. по свойству максимума в точке, в которой функция х=f(t) максимальное значение, первая производная этой функции равна нулю. Т.к. при данном движении все переменные изменяются только по координате Х, то приращение (дифиренцал) радиус-вектора равно приращению (дифиренцалу) координаты ():

3. Средняя путевая скорость V_ср за тот же интервал времени (в соответствии с определением):

4. Среднее значение ускорения (в соответствии с определением):

Т.к. скорость равна отношению приращения радиус вектора к интервалу времени, за которое это приращение произошло, то можно записать данную формулу следующим образом:

Данное кинематическое уравнение движения материальной точки соответствует равнопеременному движению.

3.1. Координаты материальной точки в моменты времени t ₁ и t ₂ определяются подстановкой соответствующих значений моментов времени:

3.2. Для определения момента возврата найдём первую производную от координаты по времени.

Чтобы определить момент возврата приравняем полученное выражение к нулю.

3.3. Время в момент возврата материальной точки:

3.4. Максимальная координата

Подставив, значение момента возврата материальной точки в уравнение координаты определим:

3.5. Путь, пройденный материальной точкой за интервал времени от t₁до t_2:

3.6. Средняя путевая скорость V_ср за тот же интервал:

3.7. Среднее значение ускорения:

Уравнение зависимости скорости от времени уже найден в пункте 3.2 (). Он представляет собой ветвь перевернутой параболы

График зависимости скорости от времени.

Потому что точка меняет направление движения в момент времени t=5,77 с., график зависимости скорости от времени пересекает ось Х.

Найдём уравнение мгновенного ускорения в произвольный момент времени t. Для этого возьмём вторую производную от координаты x:

График зависимости а(t) представляет собой прямую. .

Вывод: В расчетно-графическом задании “Кинематика материальной точки” рассматривалось движения материальной точки по прямой. В результате решения я нашёл:

2.

3.

Построенные графики отображают зависимость а(t) и V(t).