сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 220
i

Куз­не­чик под­ни­ма­ет­ся между двумя от­вес­ны­ми сте­на­ми вы­со­той 15 м, пе­ре­пры­ги­вая с одной на дру­гую (см. ри­су­нок). Сидя на стене, он может прыг­нуть в любом на­прав­ле­нии с фик­си­ро­ван­ной по мо­ду­лю ско­ро­стью. Если ско­рость прыж­ка куз­не­чи­ка равна 4 м/с, то ему по­тре­бу­ет­ся не мень­ше 20 прыж­ков, чтобы до­стичь верха. При каких ско­ро­стях прыж­ка такой подъём во­об­ще воз­мо­жен? Со­про­тив­ле­ни­ем воз­ду­ха пре­не­бречь. Уско­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния равно 10 м/с2.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Найдём мак­си­маль­ную вы­со­ту, на ко­то­рую может под­нять­ся куз­не­чик за один пры­жок. Подъём воз­мо­жен тогда и толь­ко тогда, когда эта вы­со­та по­ло­жи­тель­на. Обо­зна­чим рас­сто­я­ние между сте­на­ми за l, мо­дуль на­чаль­ной ско­ро­сти за v,

а её угол от го­ри­зон­та­ли за  альфа . Время полёта от одной стены до дру­гой вы­ра­зим через го­ри­зон­таль­ную про­ек­цию ско­ро­сти, ко­то­рая по­сто­ян­на на всём полёте:

t= дробь: чис­ли­тель: \ell, зна­ме­на­тель: v_x конец дроби = дробь: чис­ли­тель: \ell, зна­ме­на­тель: v ко­си­нус альфа конец дроби .

Вы­со­ту подъёма найдём из урав­не­ния рав­но­уско­рен­но­го дви­же­ния по вер­ти­ка­ли:

h=v_y t минус дробь: чис­ли­тель: g t в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =v синус альфа дробь: чис­ли­тель: \ell, зна­ме­на­тель: v ко­си­нус альфа конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: g \ell в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 v в квад­ра­те конец дроби дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: ко­си­нус в квад­ра­те альфа конец дроби =\ell тан­генс альфа минус дробь: чис­ли­тель: g \ell в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 v в квад­ра­те конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 плюс тан­генс в квад­ра­те альфа пра­вая круг­лая скоб­ка =

= минус дробь: чис­ли­тель: g \ell в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 v в квад­ра­те конец дроби тан­генс в квад­ра­те альфа плюс \ell тан­генс альфа минус дробь: чис­ли­тель: g \ell в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 v в квад­ра­те конец дроби .

По­лу­чи­ли, что вы­со­та подъёма за­ви­сит от тан­ген­са угла прыж­ка квад­ра­тич­но. Гра­фи­ком такой за­ви­си­мо­сти яв­ля­ет­ся па­ра­бо­ла с вет­вя­ми вниз. Её вер­ши­на рас­по­ло­же­на между кор­ня­ми в точке  дробь: чис­ли­тель: минус b, зна­ме­на­тель: 2a конец дроби . Таким об­ра­зом

 тан­генс альфа _\max= дробь: чис­ли­тель: минус \ell, зна­ме­на­тель: 2 левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: g \ell в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 v в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: v в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: g \ell конец дроби ,

h_\max= минус дробь: чис­ли­тель: g \ell в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 v в квад­ра­те конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: v в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: g \ell конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те плюс \ell дробь: чис­ли­тель: v в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: g \ell конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: g \ell в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 v в квад­ра­те конец дроби = дробь: чис­ли­тель: \ell, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: v в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: g \ell конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: g \ell, зна­ме­на­тель: v в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

Как было ска­за­но выше, нас ин­те­ре­су­ет hmax, то есть  дробь: чис­ли­тель: v в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: g\ell конец дроби боль­ше дробь: чис­ли­тель: gt, зна­ме­на­тель: v в квад­ра­те конец дроби рав­но­силь­но v боль­ше ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: g\ell конец ар­гу­мен­та . Оста­лось найти \ell. Для этого рас­смот­рим подъём на стену за 20 прыж­ков. Будем счи­тать, что все прыж­ки были со­вер­ше­ны на мак­си­маль­ную вы­со­ту (если по­след­ний пры­жок из­бы­то­чен, ошиб­ка будет не­ве­ли­ка).

Обо­зна­чим вы­со­ту стен за H, тогда h_\max= дробь: чис­ли­тель: H, зна­ме­на­тель: 20 конец дроби . Из этого можем найти \ell:

 дробь: чис­ли­тель: \ell, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: v в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: g \ell конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: g \ell, зна­ме­на­тель: v в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: H, зна­ме­на­тель: 20 конец дроби рав­но­силь­но дробь: чис­ли­тель: g, зна­ме­на­тель: v в квад­ра­те конец дроби \ell в квад­ра­те = дробь: чис­ли­тель: v в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: g конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: H, зна­ме­на­тель: 10 конец дроби рав­но­силь­но

 рав­но­силь­но \ell= дробь: чис­ли­тель: v в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: g конец дроби ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус дробь: чис­ли­тель: H g, зна­ме­на­тель: 10 v в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 конец ар­гу­мен­та конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 4\;м/с пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 10\;м/с в квад­ра­те конец дроби ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 минус дробь: чис­ли­тель: 15\;м умно­жить на 10\;м/с в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 10 умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 4\;м/с пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка =0,4\;м.

Под­став­ля­ем в v боль­ше ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: g \ell конец ар­гу­мен­та и по­лу­ча­ем ответ:

v боль­ше ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 10\; м/с в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 конец ар­гу­мен­та умно­жить на 0,4\;м пра­вая круг­лая скоб­ка =2\; м/с.

 

Ответ: Подъём воз­мо­жен при ско­ро­сти прыж­ка боль­ше 2 м/с.

Классификатор: Ме­ха­ни­ка. Бал­ли­сти­че­ское дви­же­ние