Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Решение задач с использованием производной

··· Решение задач: примеры, методы, приёмы ···

А.Н.ДОЛГУШИН,
МОУ СОШ № 23 с УИОП,
г. Воскресенск, Московская обл.

Видео:Задача на движение материальной точки - bezbotvyСкачать

Задача на движение материальной точки - bezbotvy

Решение задач с использованием производной

Видео:Траектория и уравнения движения точки. Задача 1Скачать

Траектория и уравнения движения точки. Задача 1

В рамках авторского профильного курса «Практикум решения физических задач»,
11-й класс.
Базовый уровень

Знать физику – значит уметь решать задачи.

Основными целями и задачами факультативного курса «Практикум решения физических задач» являются: знакомство учащихся с основными типами физических задач: расчётными, качественными, графическими, исторического содержания, технического содержания, межпредметного характера, комбинированными, задачами-оценками; формирование знаний, умений и навыков решения физических задач, в том числе повышенной сложности; ознакомление с разными способами решения физических задач: логическим, математическим (арифметическим, алгебраическим, графическим, геометрическим) и экспериментальным; разбор типовых заданий на вступительных экзаменах в технические вузы (МЭИ, МГТУ им. Н.Э.Баумана).

Подборка задач соответствует основным темам школьного курса физики, где можно использовать элемент математического анализа – производную:

– «Кинематика»: если изменение координаты задано уравнением вида x = x(t), то производная первого порядка от координаты по времени есть скорость, т.е. Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t(t) = x(t), а производная второго порядка от координаты по времени, или производная первого порядка от скорости по времени, есть ускорение, т.е. a(t) = x«(t) = Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t (t);

– «Импульс»: при определении импульса по формуле p = m Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tон определяется по скорости тела как производной от координаты по времени.

– «Механические колебания»: энергетический подход (метод производной) позволяет вывести дифференциальные уравнения второго порядка, описывающие процессы в математическом и пружинном маятниках, затем получить формулы для периодов колебаний, а также рассчитать период колебаний сложных колебательных систем;

– «Термодинамика»: использование производной позволяет решать задачи на нахождение экстремальных значений параметров в циклах идеального газа;

– «Электромагнитная индукция»: производная от магнитного потока по времени, взятая с противоположным знаком (по правилу Ленца), позволяет определить мгновенное значение ЭДС, индуцируемой в замкнутом проводящем контуре: Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3ti = –Ф (t);

– «Постоянный ток»: производная позволяет определить величину внешнего сопротивления в цепи постоянного тока, при которой полезная мощность принимает максимальное значение;

– «Электромагнитные колебания»: энергетический подход (метод производной) позволяет вывести дифференциальное уравнение второго порядка, описывающее процессы в идеальном колебательном контуре, а затем получить формулу Томсона;

– «Цепи переменного тока»: производная позволяет установить разность фаз между колебаниями электрического заряда на обкладках конденсатора и силы тока в цепи с ёмкостным сопротивлением;

– «Геометрическая оптика»: используя принцип Ферма, можно вывести закон преломления света.

Рассмотрим некоторые задачи.

Кинематика. Закон сохранения энергии

• [1]. Движение материальной точки описывается уравнениями: x = 10 cos 3t, y =10 sin 3t. [x] = см, [y] = см, [Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t] = c –1 . Определите скорость, ускорение и траекторию точки.

Скорость: Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t2 = Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tx 2 + Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3ty 2 . Используя механический смысл производной, после преобразований получаем Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t= 30 см/с.

Ускорение: a 2 = ax 2 + ay 2 . Используя механический смысл производной, после преобразований получаем a = 90 см/с 2 .

Траектория: уравнение траектории движущейся точки определяется зависимостью: y = f(x), т.е. позволяет исключить переменную t. Целесообразно обе части исходных уравнений движения материальной точки возвести в квадрат, а затем сложить. Используя основное Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tтригонометрическое тождество cos 2 Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t+ sin 2 Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t= 1, после преобразований получаем x 2 + y 2 = 100, что соответствует уравнению окружности радиусом 10 см с центром в точке с координатами (0; 0).

• [2]. Небольшое тело соскальзывает без начальной скорости с вершины гладкой горки высотой H, имеющей горизонтальный трамплин высотой h. При какой высоте h тело пролетит наибольшее расстояние s по горизонтали? Чему равно это расстояние?

Связываем нулевой уровень с поверхностью Земли, используем закон сохранения механической энергии: mgH = mgh + m Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t2 /2. С момента отрыва тела от трамплина используем кинематические уравнения движения тела, брошенного горизонтально:

h = gt 2 /2 – по вертикали;

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t = s/t – по горизонтали, т.к. gx = 0.

Время падения по вертикали совпадает со временем движения тела по горизонтали. В итоге получаем выражение для скорости в момент отрыва тела от трамплина: Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t– которое подставляем в выражение для закона сохранения энергии. После преобразования получаем зависимость Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Далее исследуем полученную зависимость, находим производную по переменной h и приравниваем её к нулю (sh = 0):

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

т.е. расстояние s будет наибольшим при h = H/2, когда производная обращается в нуль: 4H – 8h = 0.

Подставляя полученное выражение для высоты трамплина h = H/2 в формулу для s, получаем s = H.

Импульс

• [3]. Движение материальной точки в единицах СИ описывается уравнением x = 5 – 8t + 4t 2 . Приняв массу точки равной 2 кг, найдите её импульс через 2 с и через 4 с от начала отсчёта времени, а также силу, вызвавшую это изменение импульса.

Уравнение скорости с учётом механического смысла производной имеет вид: Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t= –8 + 8t. Тогда импульс через 2 с от начала отсчёта времени: p2 = 16 кг · м/с, а импульс через 4 с: p4 = 48 кг · м/с.

Сила, которая вызывает это изменение импульса, определяется с учётом второго закона Ньютона в импульсной форме: F = (p4p2)/Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tt, где Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tt = 2 с. Численно получаем: F = 16 Н.

Механические колебания

• [1]. Материальная точка массой m движется вдоль оси X по закону x = A sinДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tt, где A, Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t– некоторые постоянные, t – время. Определите модуль изменения импульса материальной точки с момента времени t = t1 до момента времени t = t2.

По механическому смыслу производной скорость определяется выражением: Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t=AДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tcosДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tt. Тогда модуль изменения импульса определяется выражением:

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tp = mAДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t|cosДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tt2 – cosДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tt1|.

• [ЕГЭ]. Тело, подвешенное на пружине, совершает свободные гармонические колебания частотой Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t. С какой частотой происходит изменение кинетической энергии тела?

Пусть координата тела изменяется по закону x = x0sinДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tt. Используя механический смысл производной, находим закон изменения скорости: Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t= x = x0cosДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tt. Тогда кинетическая энергия тела Wk = m Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t2 /2 = (mx0 2 Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t2 cos 2 Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tt)/2. С учётом тригонометрического тождества cos 2 Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tt = (1 +
+ cos2Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tt)/2, получаем: Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Wk = mx0 2 Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t2 (1 + cos2Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tt)/4,

следовательно, изменение кинетической энергии колеблющегося тела происходит с частотой 2Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t.

• [2]. Брусок подвешен за края к потолку на двух одинаковых пружинах жёсткостью k каждая и притянут к полу пружиной жёсткостью 2k. Масса бруска m. Определите период колебаний бруска.

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Важно отметить, что сила тяжести, действующая на брусок, постоянна, поэтому на период колебаний не влияет. Для доказательства рассмотрим груз, подвешенный на вертикальной пружине. В положении равновесия справедливо равенство: mg = kx0. В процессе колебаний, для произвольного момента времени (например, при дополнительном растяжении на величину x) второй закон Ньютона в скалярной форме имеет вид: –k(x0 + x) + mg = mx«.

После преобразований получаем уравнение, в котором исключена сила тяжести: –kx = mx«. Далее приходим к дифференциальному уравнению второго порядка, описывающему колебания пружинного маятника с вертикальной пружиной:

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Полученный результат показывает, что постоянная сила тяжести не влияет на период колебаний.

С учётом закона сохранения механической энергии в любой момент времени Wk + Wупр = const, т.е.

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Далее находим производную от обеих частей:

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Термодинамика. Газовые законы

• [4]. Состояния идеального газа в количестве Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t= 1 моль в ходе некоторого процесса изображаются точками, лежащими на отрезке прямой AB: VA = 0, pA = p0; VB = V0, pB = 0. Найдите зависимость температуры газа от объёма и определите максимальную температуру газа в ходе такого процесса.

В соответствии с графиком составляем уравнение прямой: y = –kx + b, где y = p, x = V, b = p0; Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Заменяя переменные, получаем: Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Зная уравнения Клапейрона–Менделеева pV = Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tRT, находим зависимость температуры идеального газа от объёма:

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Находим производную и приравниваем её нулю:

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Решая последнее уравнение, получаем, что температура максимальна при V = V0/2. Подставляя это значение в выражение для температуры, после преобразований получаем Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Электромагнитная индукция

• [2]. Проводящий контур площадью S = 400 см 2 , в который включён конденсатор ёмкостью C = 10 мкФ, расположен в однородном магнитном поле перпендикулярно линиям индукции. Магнитная индукция возрастает по закону
B = (2 + 5t)10 –2 Тл, где t – время в секундах. Определите энергию электрического поля конденсатора. Укажите, какая обкладка конденсатора заряжается положительно.

Изменение магнитной индукции приводит к появлению в цепи электрического тока (между обкладками конденсатора – диэлектрик), конденсатор начнёт заряжаться, следовательно, между его обкладками возникнет электрическое поле энергией W = CU 2 /2 = CДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3ti 2 /2, где
Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3ti = –Фt = –(BScosДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t)t ЭДС, наводимая между обкладками конденсатора. Площадь контура постоянна, Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t= B^n = 0° (по условию),
cos 0° = 1, поэтому:

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3ti =S · Bt = –4 · 10 –2 · 5 · 10 –2 = –2 · 10 –3 (В).

Подставляя найденное значение в выражение для энергии электрического поля заряженного конденсатора, получаем W = 20 · 10 –12 Дж.

Чтобы определить, какая из обкладок конденсатора зарядится положительно, используем правило Ленца: т.к., по условию задачи, величина магнитной индукции увеличивается, то вектор магнитной индукции внешнего магнитного поля B направлен противоположно вектору магнитной индукции магнитного поля Bi наведённого в контуре тока. Зная направление Bi и правило правой руки (правого винта), определяем направление индукционного тока: против часовой стрелки. Поскольку за направление электрического тока принимают упорядоченное движение положительно заряженных частиц, то приходим к выводу, что нижняя обкладка конденсатора заряжается положительно.

• [5]. Рамка площадью S = 100 см 2 расположена перпендикулярно однородному магнитному полю, индукция которого изменяется по закону B = ct 3 – at 2 , где c = 1 Тл/с 2 , t – время в секундах, a = 3 Тл/с 3 . Сопротивление рамки R = 10 –2 Ом. В какой момент времени индукционный ток максимален? Чему он равен?

Найдём зависимость индукционного тока от времени: Ii = Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3ti/R, где Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3ti = Фt = –(BScosДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t)t = –SBt = –S(ct 3 – at 2 )t = –S(3ct 2 – 2at), т.е.
Ii = –S(3ct 2 – 2at)/R.

Исследуем полученную зависимость, т.е. найдём производную и приравняем её нулю:

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

При Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tиндукционный ток принимает максимальное значение: Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Находим числовые значения: t = 1 с, Ii max = 3 А. Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

• [3]. В цепи, представленной на рисунке, L1 = 0,02 Гн, L2 = 0,01 Гн. Силы токов изменяются во времени по законам: I1 = 0,2 + 10t, I2 = 0,1 + 10t. Найдите сопротивление R. Величины токов заданы в СИ.

При параллельном соединении участков цепи:

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Геометрическая оптика

• [1]. На каком расстоянии dmin надо поместить предмет от собирающей линзы с фокусным расстоянием F, чтобы расстояние от предмета до его действительного изображения было наименьшим? Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Выполним рисунок. Используем формулу тонкой линзы с учётом правила знаков: Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tиз которой выразим расстояние от оптического центра собирающей линзы до предмета: Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Расстояние от предмета до его действительного изображения Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tИсследуем последнее выражение, для чего найдём производную от s по d и приравняем её нулю:

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Из равенства d 2 – 2dF = 0 следует dmin = 2F. При этом значении d расстояние от предмета до его действительного изображения будет наименьшим: smin = 4 F.

1. Дмитриев С.Н., Васюков В.И., Струков Ю.А. Физика. Сборник задач для поступающих в вузы: Изд. 5-е, доп. – М.: Демиург-Арт, 2001.

2. Славов А.В., Спивак В.С., Цуканов В.В. Сборник задач по физике: Учеб. пособие для довуз. подгот.: Под ред. А.В.Славова: Изд 7-е, испр. и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2006.

3. Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10–11 кл. – М.: Дрофа, 2006.

4. Баканина Л.П., Белонучкин В.Е., Козел С.М. Сборник задач по физике для 10–11 классов с угл. изучением физики: Под ред. С.М.Козела. – М.: Вербум, 2003.

5. Турчина Н.В. Физика: 3800 задач для школьников и поступающих в вузы. – М.: Дрофа, 2000.

Видео:Уравнение движения тела дано в виде x=2−3t. ВычислиСкачать

Уравнение движения тела дано в виде x=2−3t. Вычисли

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

ускорения точек момент

Точка вращается по кругу радиусом R = 1,2 м. Уравнение движения точки φ = Аt + Вt 3 , где А = 0,5 рад/с; В = 0,2 рад/с 3 . Определить тангенциально аτ, нормальное an и полное а ускорения точки в момент времени t = 4 с.

Уравнение колебаний материальной точки описывается уравнением x = sin20πt см. Найти ускорение точки в тот момент, когда ее смещение равно 0,5 см.

Определить модуль ускорения точки в момент времени 1 с, если уравнение движения точки x = cos πt см, y = sin πt см.

Две материальные точки движутся по одной прямой, совпадающей с осью Ох декартовой системы координат. В начальный момент времени первая точка имела координату х10 = 4 м, а вторая х20 = 8 м. Скорости точек изменяются по законам v1 = bt + ct 2 и v2 = –bt + ct 2 , где b = 1 м/с 2 , с = 2 м/с 3 . Определить ускорения точек в момент их встречи.

Положение точки на плоскости определяется ее радиусом-вектором r = 0,3t 2 i + 0,1 t 3 j. Определить модуль ускорения точки в момент времени t = 2 с.

Определить скорость ν и полное ускорение а точки в момент времени t = 2 с, если она движется по окружности радиусом R = 1 м согласно уравнению ξ = At+Bt 3 , где А = 8 м/с, В = –1 м/с 3 , ξ — криволинейная координата, отсчитанная от некоторой точки, принятой за начальную, вдоль окружности.

Движение точки описывается уравнением s = 4t 4 + 2t 2 + 7. Найти скорость и ускорение точки в момент времени 2с и среднюю скорость за первые 2с движения.

Прямолинейное движение точки описывается уравнением s(t) = 4t 4 + 2t 2 + 7 м. Найти скорость и ускорение точки в момент времени 2 с, а также среднюю скорость и среднее ускорение за первые две секунды движения и за вторые две секунды движения.

Материальная точка движется в плоскости ху согласно уравнениям х = 5 + 7t – 2t 2 и у = 3 + t + 0,2t 2 . Найти модули скорости и ускорения точки в момент времени t = 5 с.

Определить скорость ν и полное ускорение а точки в момент времени t = 1,38 с, если она движется по окружности радиусом R = 1,76 м согласно уравнению φ = At + Bt 3 , где А = 6,47 рад/с, В = –1,84 рад/с 3 .

Материальная точка совершает колебательное движение вдоль оси ОХ по закону X = 8cos(πt+π/2), см. Найти период колебаний и ускорение точки в момент t = T/2, построить график зависимости x(t).

Уравнение движения точки по прямой имеет вид: х = 2 + 6t – t 2 (м). Найти: 1) путь и перемещение точки за промежуток времени от t1 = 2 с до t2 = 4 с; 2) среднюю скорость и среднее ускорение точки за этот промежуток; 3) скорость и ускорение точки в момент времени t = 2 с.

Уравнение движения точки по прямой имеет вид: х = –1–3t 2 +2t 3 (м). Найти: 1) путь и перемещение точки за промежуток времени от t1 = 0 с до t2 = 2 с; 2) среднюю скорость и среднее ускорение точки за этот промежуток; 3) скорость и ускорение точки в момент времени t = 1 с.

Материальная точка движется по закону: Y(t) = At+Ct 2 +Bt 4 , где A = 6 м/с, C = 0,2 м/с 2 , B = –0,125 м/с 4 . Найти скорость и ускорение точки в моменты времени t1 = 0 c и t2 = 2 с, а также среднюю скорость перемещения и среднее ускорение за первые 2 с движения.

Материальная точка движется по закону: Y(t) = At 2 –Ct 4 , где A = 4,5 м/с 2 , C = 0,25 м/с 4 . Найти скорость и ускорение точки в моменты времени t1 = 2 c и t2 = 4 с. Каковы средняя скорость перемещения и средняя путевая скорость для промежутка времени от 2 до 4 с ?

Материальная точка имеет массу m = 9 кг и движется по криволинейной траектории под действием силы, проекция которой на касательную Fτ = 5,7 Н, на нормаль Fn = 2·t 2 Н. Определите модуль ускорения точки в момент времени t = 19,8 с.

Уравнение движения точки по прямой имеет вид: х = –1 + 2t 2 – t 4 (м). Найти: 1) путь и перемещение точки за промежуток времени от t1 = 0 с до t2 = 2 с; 2) среднюю скорость и среднее ускорение точки за этот промежуток; 3) скорость и ускорение точки в момент времени t = 2 с.

Скорость колеблющейся материальной точки меняется по закону v = vmaxcos(ωt). Максимальная скорость vmax = 5 см/с, период равен 0,1 с. Найти ускорение точки в момент времени t = 0,25 с.

Движение точки описывается уравнением S = 5t 3 –4t 2 +40 (в единицах СИ). Найдите скорость и ускорение точки в момент времени t1 = 2 c. Найдите путь, пройденный телом к моменту времени t2 = 3 c.

Видео:Дифференциальное уравнение движения материальной точки.Скачать

Дифференциальное уравнение движения материальной точки.

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t

Подготовка школьников к олимпиаде по физике.

1.По какой траектории и как должна двигаться точка, чтобы пройденный ею путь равнялся модулю перемещения?

Ответ. Точка должна двигаться прямолинейно и только в одном направлении.
2.Точка А движется со скоростью 1 м/с, а точка В – со скоростью 2 м/с, причем скорость т. В все время направлена так же, как т. А. Может ли расстояние АВ оставаться постоянным?

Ответ. Может. В случае, когда т. А и В движутся по двум концентрическим окружностям.
3. Во время езды на автомобиле снимали показания скорости по спидометру каждый раз, когда она изменялась. Можно ли по этим данным определить среднюю скорость автомобиля?

Ответ. Нельзя, поскольку в общем случае величина средней скорости не равна среднему арифметическому значению величин мгновенных скоростей.
4. Какова (относительно земли) траектория колеблющегося на пружине грузика, помещенного в равномерно движущийся вагон?

Ответ. Синусоида или косинусоида.
5. По какой траектории движется частица в бегущей продольной волне?

Ответ. По отрезку прямой на линии , совпадающей с направлением распространения волны.
6Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t. Существуют ли такие точки движущегося вагона, которые перемещаются не вперед, а назад? Каковы траектории этих точек?

Ответ. Такие точки есть на реборде колеса. Траектория таких точек называется циклоидой.
7. Две материальные точки движутся по окружностям одинакового радиуса с одинаковыми по модулю ускорениями. Ускорение первой точки направлено под углом к касательной, а второй — по радиусу. У какой из этих точек модуль скорости больше?

Ответ. У второй точки центростремительное ускорение больше, значит, больше и модуль скорости.
8Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t. Два шарика начали одновременно и с одинаковой скоростью двигаться по поверхностям, имеющим форму, изображенную на рисунке. Как будут отличаться скорости и времена движения шариков к моменту их прибытия в точку В? Трением пренебречь.

ОДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tтвет. Скорости будут одинаковы. Время движения второго шарика меньше. Примерные графики скорости движения шариков приведены на рисунке. Так как пути, пройденные шариками равны, то, как видно из графика (пути численно равны площадям заштрихованных фигур), t2 о относительно своего первоначального положения. Начало радиус-вектора совпадает с центром окружности.

Ответ. Длина пути L = 2πR(60/360) = π ≈ 3.14 м. Модуль перемещения | s | = R = 3 м.
10. Движение материальной точки описывается уравнениями x = 10cos3t см , y = 10sin3t см. Определить вид траектории и скорость точки. Ответ. Траектория – окружность, скорость точки v = 30 см/с.
11. Движение материальной точки в данной системе отсчета описывается уравнениями x = 2 + t, y = 1 + 2t. Найти уравнение траектории. Построить траекторию на плоскости xOy. Указать положение точки при t = 0, направление и скорость движения.

Ответ. y = 2x – 3, траектория – прямая линия, скорость точки v = √5 м/с.
12. Шарик с высоты H падает на пол, отскакивает без потери скорости и поднимается на ту же высоту. Построить график зависимости ускорения, скорости и перемещения от времени. Начало системы координат расположить на полу, ось х направить вверх.
РДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tешение.
В момент удара о пол при t = τ = ( 2H/g) 1/2 в течение короткого промежутка времени возникает значительное ускорение направленное вверх ( на рисунке показано условно). АВ и ВС параболы, А и С вершины парабол.

1Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t3. Круг радиусом R катится по неподвижному кругу (обкатывает) радиуса 2R. Сколько оборотов совершит малый круг по возвращении в первоначальное положение? Сколько оборотов совершит малый круг при обкатывании внутренней поверхности большого круга?

Ответ: n1 = 3, n2 = 1.
Угловая скорость малого круга

где vo – скорость центра малого круга. Угловая скорость центра малого круга при его движении вокруг центра большого круга равна

Значит, когда центр малого круга совершит один оборот вокруг центра большого, сам малый круг совершит три оборота. Аналогично можно показать, что во втором случае малый круг совершит один оборот.

1Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3t4. Тонкая нерастяжимая нить переброшена через блок, и к концу ее привязан груз. Под действием груза цилиндр катится по горизонтальной поверхности без скольжения. Какой путь S пройдет груз, когда цилиндр сделает один полный оборот, если длина окружности

Нить размотается на длину, равную L. В свою очередь, цилиндр пройдет путь, также равный L. Поэтому расстояние, которое пройдет груз, равно 2L.

15. С башни по всевозможным направлениям с начальной скоростью vo , брошены камни. Оказалось, что камень, подлетевший к земле по наиболее пологой траектории, имел при подлете к ней скорость, составляющую с горизонтом угол φ. Определить высоту башни.

Скорость любого камня при подлете к земле

Камень, подлетевший по наиболее пологой траектории, имеет наибольшую горизонтальную скорость (vг)max. Но

H = [vo 2 /(2g)]tg 2 φ.
16. Два камня брошены с земли под различными углами к горизонту со скоростями v1 и v2 так, как показано на рисунках. Какой из камней улетит дальше? Сопротивлением воздуха пренебречь.

ОДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tДвижение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tтвет. В случае а) горизонтальные начальные скорости у обоих тел одинаковы, а начальная вертикальная скорость больше у первого; следовательно у первого время полета больше – оно улетит дальше. В случае б) вертикальные начальные скорости у обоих тел одинаковы; следовательно , одинаковы времена полета, но горизонтальная скорость больше у первого – оно улетит дальше.
17. Осколки снаряда, взорвавшегося на вершине башни, разлетаются с одинаковой начальной скоростью vo. Как будут располагаться в пространстве осколки после взрыва? По какой траектории движется каждый осколок?

Ответ. Осколки окажутся на поверхности раздувающейся со скоростью vo сферы, центр которой опускается с ускорением g. При этом каждый осколок движется по своей параболе.
18. Камень брошен с поверхности земли под углом α = 60 о к горизонту с начальной скоростью vo = 10 м/с. Чему равен радиус кривизны траектории камня в точке наивысшего подъема в системе отсчета, связанной с землей? Сопротивлением воздуха пренебречь.

Ответ. В точке наивысшего подъема скорость камня направлена горизонтально и равна

Ускорение свободного падения в данном случае является центростремительным (нормальным) ускорением

где R – радиус кривизны траектории. Отсюда

R = v 2 /g = (vocosα) 2 /g = 2.5 м

19. Две автомашины тянут третью с помощью привязанного к ней блока (см. рис.). Ускорения машин а1 и а2 . Определить ускорение буксируемой машины а3.

Движение материальной точки описывается уравнениями x 10 cos 3t y 10 sin 3tОтвет: а3 = ½( а1 + а2)

Концерт: кашель публики, постоянно перебиваемый музыкой.
ещё >>

📸 Видео

Уравнение касательной в точке. Практическая часть. 1ч. 10 класс.Скачать

Уравнение касательной в точке. Практическая часть. 1ч. 10 класс.

Физика Движение тела описывается уравнением x = 10 – 4t + 5t^2 (величины выражены в СИ). Масса телаСкачать

Физика Движение тела описывается уравнением x = 10 – 4t + 5t^2 (величины выражены в СИ). Масса тела

Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языкуСкачать

Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языку

Кинематика материальной точки за 20 минут (кратко и доступно) Кинематика точкиСкачать

Кинематика материальной точки за 20 минут (кратко и доступно) Кинематика точки

Криволинейное, равномерное движение материальной точки по окружности. 9 класс.Скачать

Криволинейное, равномерное движение материальной точки по окружности. 9 класс.

10 класс, 20 урок, Функции y=tgx, y=ctgx, их свойства и графикиСкачать

10 класс, 20 урок, Функции y=tgx, y=ctgx, их свойства и графики

Уравнение движенияСкачать

Уравнение движения

Д1 Дифференциальные уравнения движения материальной точкиСкачать

Д1 Дифференциальные уравнения движения материальной точки

ФИЗИКА 10 класс : Механическое движение | Материальная точка, траектория, перемещение.Скачать

ФИЗИКА 10 класс : Механическое движение | Материальная точка, траектория, перемещение.

Урок 1. Кинематика прямолинейного движения материальной точки.Скачать

Урок 1. Кинематика прямолинейного движения материальной точки.

Криволинейное, равномерное движение материальной точки по окружности. Практическая часть. 9 класс.Скачать

Криволинейное, равномерное движение материальной точки по окружности. Практическая часть. 9 класс.

Урок 7. Механическое движение. Основные определения кинематики.Скачать

Урок 7. Механическое движение. Основные определения кинематики.

Физика - уравнения равноускоренного движенияСкачать

Физика - уравнения равноускоренного движения

Механика || Кинематика материальной точки (Часть 1)Скачать

Механика || Кинематика материальной точки (Часть 1)

Поступательное и вращательное движенияСкачать

Поступательное и вращательное движения

Физика 10 класс (Урок№5 - Поступательное движение. Вращательное движение твердого тела.)Скачать

Физика 10 класс (Урок№5 - Поступательное движение. Вращательное движение твердого тела.)
Поделиться или сохранить к себе: