Тіло падає з висоти 10 м.Визначте, чому дорівнює швидкість тіла в момент падіння на поверхню Землі, якщо h=5м?

Объяснение:

Дано:

x = 2·t

y = t²

R - ?

1)

Находим проекции скоростей:

Vₓ = x' = (2·t)' = 2

Vy = y' = (t²)' = 2·t

Тогда:

V = √ (Vₓ² + Vy²) = √ (2² + (2·t)²) = √ (4 + 4·t²) = 2·√(1 + t²)

Тангенциальное ускорение:

aτ = (V)' = (2·√(1 + t²))' = 2·t / √(1+t²)

2)

Находим полное ускорение:

aₓ = (Vₓ)' = (2)' = 0

ay = (Vy)' = (2·t)' = 2

a = √ (ax² + ay²) = √ (0² + 2²) = 2

3)

Нормальное ускорение:

aₙ = √ (a² - aτ²) = √ ( 4 - 4·t² /(1 + t²))

4)

Радиус кривизны:

R = V² / aₙ = (2·√(1 + t²))² / √ ( 4 - 4·t² /(1 + t²)) =

= 4·(1+t²) ·√ (1+t²) / 2 = 2·(1+t²) √(1+ t²) = 2 · (1 + t²)^(3/2)

Дано:

R = 0,5 м

m = 10 кг

t = 5 с

F = 50 Н

L - ?

Основное уравнение динамики вращательного движения:

I*ε = M

I = mR²/2 - момент инерции диска

M = F*R - момент силы

ε = M/I = Δω/Δt - угловое ускорение

На диск через верёвку действует сила F, которая приводит его во вращение. Момент импульса диска L равен:

L = I*ω

ε = Δω/Δt = (ω - ω₀)/(t - t₀), где ω₀, t₀ = 0 => ε = ω/t => ω = ε*t

L = I*ω = I*ε*t = I*(M/I)*t = M*t = F*R*t = 50*0,5*5 = 125 кг*м²/с

Решить можно и через теорему об изменении кинетической энергии:

∑A = ΔEк - сумма всех внешних сил, действующих на тело, равна изменению его кинетической энергии

∑A = A(F) = F*s

s = φ*R

φ = ε*t²/2 - диск приходит во вращение из состояния покоя =>

=> A(F) = F*(ε*t²/2)*R = F*(ω*t/2)*R = F*R*ω*t/2

ΔЕк = Ек - Eк₀ = Iω²/2 - Iω₀²/2; Iω₀²/2 = 0 => ΔЕк = Iω²/2

F*R*ω*t/2 = Iω²/2 | * (2/ω)

F*R*t = I*ω = L = 125 кг*м²/с

ответ: 125 кг*м²/с.