сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 228
i

Стоя на земле, эльф Ле­го­лас может под­прыг­нуть на вы­со­ту h0  =  9 м. Он хочет за­прыг­нуть на башню вы­со­той H  =  13 м. Чтобы ему по­мочь, гном Гимли сбра­сы­ва­ет с башни камни с ну­ле­вой на­чаль­ной ско­ро­стью. Ле­го­лас под­пры­ги­ва­ет и в верх­ней точке своей тра­ек­то­рии, по­рав­няв­шись с пер­вым кам­нем, от­тал­ки­ва­ет­ся от него вверх. Далее всё по­вто­ря­ет­ся: когда его ско­рость об­ра­ща­ет­ся в нуль, он от­тал­ки­ва­ет­ся даль­ше от оче­ред­но­го камня. Какое ко­ли­че­ство кам­ней придётся сбро­сить Гимли, чтобы Ле­го­лас ока­зал­ся на башне? Ле­го­лас от­тал­ки­ва­ет­ся от любой по­верх­но­сти с фик­си­ро­ван­ной от­но­си­тель­ной ско­ро­стью. Он де­ла­ет это быст­ро. Масса каж­до­го камня в 10 раз боль­ше, чем масса Ле­го­ла­са. Со­про­тив­ле­ни­ем воз­ду­ха пре­не­бречь.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Опре­де­лим, с какой ско­ро­стью u0 Ле­го­лас от­толк­нул­ся от земли, чтобы под­прыг­нуть на вы­со­ту h0  =  9 м,

h_0= дробь: чис­ли­тель: u_0 в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 g конец дроби рав­но­силь­но u_0= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 g h_0 конец ар­гу­мен­та .

Ле­го­лас встре­тит­ся с пер­вым кам­нем на вы­со­те h0. Обо­зна­чим через hi вы­со­ту, на ко­то­рой он от­толкнётся от (i + 1)-го камня. Ско­рость камня на этой вы­со­те равна

H минус h_i= дробь: чис­ли­тель: V в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 g конец дроби рав­но­силь­но V= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 g левая круг­лая скоб­ка H минус h_i конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка .

По­сколь­ку про­цесс от­тал­ки­ва­ния про­ис­хо­дит быст­ро, им­пульс силы тя­же­сти не успе­ва­ет из­ме­нить им­пульс си­сте­мы “ка­мень-Ле­го­лас” за время их вза­и­мо­дей­ствия. По­это­му имеем

M V=M V в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка минус m u,

где m и M  —  массы Ле­го­ла­са и камня со­от­вет­ствен­но, u  — ско­рость Ле­го­ла­са после прыж­ка, а V′  — новая ско­рость камня. Кроме того, по усло­вию Ле­го­лас от­тал­ки­ва­ет­ся от­но­си­тель­но любой по­верх­но­сти с оди­на­ко­вой ско­ро­стью, по­это­му

u плюс V в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \prime пра­вая круг­лая скоб­ка =u_0.

Решая си­сте­му из по­след­них двух урав­не­ний, по­лу­ча­ем u= дробь: чис­ли­тель: u_0 минус V, зна­ме­на­тель: 1 плюс m/M конец дроби . Имея такую ско­рость, Ле­го­лас смо­жет под­нять­ся вверх на вы­со­ту \Delta h_i= дробь: чис­ли­тель: u в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2g конец дроби . Таким об­ра­зом, он ока­жет­ся на вы­со­те

h_i плюс 1=h_i плюс \Delta h_i=h_i плюс дробь: чис­ли­тель: h_0 минус 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: h_0 конец ар­гу­мен­та левая круг­лая скоб­ка H минус h_i пра­вая круг­лая скоб­ка плюс H минус h_i, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 1 плюс m / M пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби , \quad i=0,1,2, \ldots

Вы­ра­же­ние выше пред­став­ля­ет собой ре­кур­рент­ное со­от­но­ше­ние, ко­то­рое поз­во­ля­ет рас­счи­тать вы­со­ту, на ко­то­рую в итоге под­ни­ма­ет­ся Ле­го­лас. Под­став­ляя чис­лен­ные зна­че­ния, с учётом того, что m/M  =  0,1, по­лу­ча­ем: h1  =  9,83 м, h2  =  11,05 м, h3  =  13,18 м. Таким об­ра­зом, чтобы по­мочь Ле­го­ла­су под­нять­ся на вы­со­ту H  =  13 м, Гимли придётся сбро­сить три камня.

 

Ответ: Три камня.

Классификатор: Ме­ха­ни­ка. Бал­ли­сти­че­ское дви­же­ние