Пенроуз Р. 2 страница
Ответ: 43, 3 м.
94. Снаряд вылетел из пушки под углом a к горизонту с начальной скоростью uо. Найти: · зависимость координат снаряда от времени и получить уравнение траектории; · время полета снаряда; · максимальную высоту подъема снаряда; · дальность полета снаряда; · под каким углом к горизонту нужно вести стрельбу, чтобы при заданной начальной скорости дальность полета снаряда была наибольшей? · под каким углом к горизонту нужно вести стрельбу, чтобы высота подъема снаряда была равна дальности его полета? Ответ: у = tqa× x - g/(2uо2cos2a)× x2, t = (2uоsina)/g, h = (uо2sin2a)/2g, S = (uо2sin2a)/g, 45о, 76о.
95. Камень брошен с башни под углом 30о выше уровня горизонта со скоростью 10 м/с. Каково расстояние между местом бросания камня и местом его нахождения спустя 4 с после момента его бросания? Ответ: 69, 3 м.
96. На крутом берегу реки высотой 200 м находится орудие, ствол которого расположен на 30о ниже уровня горизонта. Известно, что скорость вылета снаряда 500 м/с. На какое расстояние от берега надо подпустить вражескую лодку, чтобы поразить ее? Ответ: 346, 6 м.
97. Из шланга, лежащего на земле, бьет под углом 45о к горизонту вода с начальной скоростью 10 м/с. Площадь сечения шланга 5 см2. Определить массу струи, находящейся в воздухе. Ответ: 7 кг. 98. Два камня брошены под различными углами к горизонту со скоростями u1 и u2 так, как показано на рисунках (а) и (б). Не прибегая к расчетам, сделать вывод, какой камень улетит дальше. Ответ: в обоих случаях первый.
99. Два тела бросили одновременно из одной точки: одно – вертикально вверх, другое – под углом 60о к горизонту. Начальная скорость каждого тела 25 м/с. Пренебрегая сопротивлением воздуха, найти расстояние между телами через 1, 7 с. Ответ: 22 м.
100. Мяч, брошенный с земли со скоростью 10 м/с под углом 45о к горизонту, упруго ударяется о вертикальную стенку, находящуюся на расстоянии 3 м от места бросания. Определить: а) модуль и направление скорости мяча после удара; б) на каком расстоянии от места броска мяч упадет на землю. Ответ: а) 7, 63 м/с; 22о выше уровня горизонта; б) 4 м.
101. Какое расстояние по горизонтали пролетит тело (до удара о пол), брошенное со скоростью 10 м/с под углом 60о к горизонту, если оно упруго ударяется о потолок? Высота потолка 3 м. Ответ: 4, 8 м.
102. Под углом 60о к горизонту брошено тело с начальной скоростью 20 м/с. Спустя какое время оно будет двигаться под углом 45о к горизонту? Ответ: 0, 73 с; 2, 7 с.
103. Из орудия ведут обстрел объекта, расположенного на склоне горы. На каком расстоянии от орудия будут падать снаряды, если их начальная скорость 100 м/с, угол наклона горы 30о (ниже уровня горизонта), а ствол орудия расположен горизонтально? Ответ: 1333 м.
104. Из орудия ведут обстрел объекта, расположенного на склоне горы. На каком расстоянии от орудия будут падать снаряды, если их начальная скорость 100 м/с, угол наклона горы 30о, угол стрельбы 60о по отношению к горизонту? Ответ: а) 667 м, если наклон горы вверх к горизонту, б)1333 м, если наклон горы вниз к горизонту.
105. На какое максимальное расстояние можно забросить тело вверх на наклонную плоскость с углом 30о выше уровня горизонта, если начальная скорость тела 10 м/с? Ответ: 6, 7 м.
106. Тело А бросают вертикально вверх со скоростью 20 м/с. На какой высоте h находилось тело Б, которое, будучи брошено с горизонтальной скоростью 4 м/с одновременно с телом А, столкнулось с ним в полете? Расстояние по горизонтали между исходными положениями тел равно 4 м. Найти также время движения тел до столкновения и скорость каждого тела в момент столкновения. Ответ: h = 20 м; uА = 10 м/с, uБ = 10, 8 м/с, t = 1 с.
107. С башни высотой 10 м в горизонтальном направлении бросают камень со скоростью 23 м/с. Одновременно с поверхности земли под углом 30о к горизонту бросают камень со скоростью 20 м/с навстречу первому. На каком расстоянии от башни находится точка бросания второго камня, если камни столкнулись в воздухе? Ответ: 40, 4 м.
108. Параллельно поверхности земли летел коршун со скоростью 5 м/с. Царевич пустил стрелу со скоростью 15 м/с, прицелившись прямо в коршуна под углом 60о к горизонту. На какой высоте летел коршун, если стрела попала в него? Ответ: 7, 5 м.
109. С аэростата, поднимающегося с ускорением 0, 5 м/с2, через 4 с после его отрыва от земли бросают под углом 30о к горизонту камень со скоростью 5, 5 м/с относительно аэростата. На каком расстоянии от места подъема аэростата с земли камень упадет на землю? Сколько времени камень будет находиться в полете? Ответ: 7, 2 м; 1, 5 с.
110. Шарик свободно падает по вертикали на наклонную плоскость. Пролетев расстояние 1 м, он упруго отражается и второй раз падает на ту же плоскость. Найти расстояние между точками соприкосновения шарика и плоскости, если плоскость составляет с горизонтом угол 30о. Ответ: 4 м.
111. Из точки А свободно падает тело. Одновременно из точки В под углом a к горизонту бросают другое тело так, что оба тела столкнулись в воздухе. Определить угол a, если Н/L = 1, 6. Ответ: tga = H/L, a = arctg(H/L) = 58о.
Кинематика движения по окружности
112. Точка равномерно движется по окружности радиуса 1, 2 м и за 1 мин совершает 24 оборота. Найти: период, частоту, угловую скорость линейную скорость и центростремительное ускорение точки. Ответ: 2, 5 с; 0, 4 с-1; 2, 5 рад/с; 3 м/с; 7, 5 м/с2.
113. За 10 с точка прошла половину окружности, радиус которой 1 м. Определить ее линейную скорость. Ответ: 0, 314 м/с.
114. Точка движется по окружности с постоянной скоростью 0, 5 м/с. Вектор скорости изменяет свое направление на 30о за каждые 2 с. Каково нормальное ускорение точки? Ответ: 0, 13 м/с2.
115. Конец минутной стрелки часов на Спасской башне Кремля передвинулся за 1 мин на 37 см. Какова длина стрелки? Ответ: 3, 5 м.
116. Минутная стрелка часов в три раза длиннее секундной. Каково отношение линейных скоростей концов этих стрелок? Ответ: 1: 20.
117. Каково ускорение точек земного экватора, обусловленное суточным вращением Земли? Ответ: 0, 034 м/с2.
118. Определить линейную скорость точки поверхности Земли, соответствующей широте г. Кирова (58о северной широты), и на экваторе. Ответ: 246, 5 м/с, 465, 2 м/с.
119. На сколько орбита первого спутника Земли короче орбиты третьего спутника, если средние радиусы их орбит отличаются на 410 км? Ответ: 2574, 8 км.
120. Точка движется в плоскости, причем ее прямоугольные координаты определяются уравнениями x = Aсos(wt), y = Asin(wt), где А и w - постоянные. Какова траектория точки? Ответ: окружность радиуса А с центром в начале координат. 121. Две точки М и К движутся по окружности с постоянными угловыми скоростями wм = 0, 2 рад/с и wк = 0, 3 рад/с. В начальный момент времени угол между радиусами этих точек равен p/3. В какой момент времени точки первый раз встретятся? Ответ: 52, 3 с.
122. По окружности радиуса 2 м одновременно движутся две точки так, что уравнения их движения имеют вид: j1 = 2 + 2t и j2 = -3 – 4t. Определить их относительную скорость в момент встречи. Ответ: 12 м/с.
123. Движение от шкива 1 к шкиву 4 передается при помощи двух ременных передач. Шкивы 2 и 3 жестко укреплены на одном валу. Найти частоту вращения шкива 4, если шкив 1 делает 1200 об/мин, а радиусы шкивов: R1 = 8 см, R2 = 32 см, R3 = 11 см, R4 = 55 см. Ответ: 1 с-1.
124. Мальчик вращает камень, привязанный к веревке длиной 0, 5 м, в вертикальной плоскости с частотой 3 об/с. На какую высоту взлетел камень, если веревка оборвалась в тот момент, когда скорость была направлена вертикально вверх? Ответ: 4, 5 м относительно места обрыва веревки.
125. Определить радиус маховика, если при вращении скорость точек его на ободе 6 м/с, а скорость точек, находящихся на 15 см ближе к оси, 5, 5 м/с. Ответ: 1, 8 м.
126. Автомобиль А движется по закруглению радиусом 0, 5 км, а автомобиль В – прямолинейно. Расстояние АВ = 200 м. Скорость каждого автомобиля 60 км/ч. Найти скорость автомобиля В относительно автомобиля А в указанный момент времени. Ответ: -24 км/ч, т.е. направлена назад.
127. Пропеллер самолета радиусом 1, 5 м вращается с частотой 2× 103 об/мин, при этом посадочная скорость самолета относительно земли равна 161 км/ч. Какова скорость точки на конце пропеллера? Какова траектория движения этой точки? Ответ: 317 м/с, винтовая линия радиусом 1, 5 м с шагом 1, 34 м.
128. Тело брошено горизонтально со скоростью 4 м/с с высоты 1 м. Определить радиусы кривизны траектории в ее начальной и конечной точках. Ответ: 1, 6 м, 5, 4 м.
129. Колесо застрявшей в грязи машины вращается с частотой 2 об/с. Радиус колеса 60 см. На каком наименьшем расстоянии от центра колеса должен стоять человек, чтобы в него не попадали комья грязи? Ответ: 6, 2 м.
130. Велосипедист едет с постоянной скоростью u = 2 м/с по прямолинейному участку дороги. Найти мгновенные скорости точек А, В, С, D и Е, лежащих на ободе колеса и указанных на рисунке. Ответ: uА = 0, uВ = 4 м/с, uС = 2, 83 м/с, uD = 2ucos(a/2), uЕ = 2usin(a/2).
131. В какую сторону будет катиться катушка, если ее тянуть за нить под разными углами? Во всех случаях катушка не проскальзывает. Ответ: а) катушка покоится; б) вправо; в) влево.
132. Катушка с намотанной на нее нитью может катиться по поверхности горизонтального стола без скольжения. С какой скоростью и в каком направлении будет перемещаться ось катушки, если конец нити тянуть в горизонтальном направлении со скоростью u0? Радиус внутренней части катушки - r, внешней - R. Ответ: u0R/(R-r). 133. Решить предыдущую задачу, если нить сматывается с катушки так, как показано на рисунке. Ответ: u0R/(R+r).
134. С колеса автомобиля, движущегося со скоростью 72 км/ч, летают комки грязи. Радиус колеса 40 см. На какую высоту над дорогой будет подбрасываться грязь, оторвавшаяся от т. А колеса, положение которой указано на рисунке? Угол j = 30о. Ответ: 5 м.
135. С какой скоростью должен ехать автомобиль, чтобы оторвавшийся с его колеса в точке А камушек попал в ту же точку колеса, находящуюся в том же положении? Радиус колеса 20 см. Ответ: м/с, где k - целое число.
136. Кривошип ОА, вращаясь с угловой скоростью 2, 5 рад/с, приводит в движение колесо радиуса r = 5 см, катящееся по неподвижному колесу радиуса R = 15 см. Найти скорость точки В. Ответ: 1 м/с.
137. Диск зажат между движущимися со скоростями u1 = 6 м/с и u2 = 4 м/с параллельными рейками. Какова скорость центра диска? Ответ: 5 м/с. 138. Цилиндр радиусом 25 см зажат между движущимися со скоростями u1 = 6 м/с и u2 = 4 м/с параллельными рейками. С какой угловой скоростью вращается цилиндр? Ответ: 20 рад/с. 139. Обруч, проскальзывая, катится по горизонтальной поверхности. В некоторый момент времени скорость верхней точки А равна 6 м/с, а нижней точки В - 2 м/с. Определить скорость концов диаметра СD, перпендикулярного к АВ для того же момента времени. Ответ: 4, 47 м/с.
140. Две нити, намотанные на катушку, тянут со скоростями u1 и u2. С какой скоростью движется центр катушки? С какой угловой скоростью вращается катушка? Радиусы r и R заданы. Ответ: w = (u1+u2)/(R+r), uо = (u1R-u2r)/(R+r).
141. Шарик радиусом 5 см катится равномерно и без проскальзывания по двум параллельным рейкам, расстояние между которыми d = 6 см, и за каждые 2 с проходит 120 см. С какими скоростями движутся верхняя и нижняя точки шарика? Ответ: 1, 35 м/с, 0, 15 м/с. 142. Точка, лежащая на пересечении рельса с внешним ободом колеса поезда, движется в данный момент времени со скоростью u = 5 м/с. С какой скоростью и в каком направлении движется поезд, если r = 50 см, R = 56 см. Ответ: 10 м/с, вправо.
Равнопеременное движение по окружности 143. Вал начинает вращение из состояния покоя и в первые 10 с совершает 50 оборотов. Считая вращение вала равноускоренным, определить угловое ускорение. Ответ: 6, 3 рад/с2.
144. Шкив радиусом 20 см приводится во вращение грузом, подвешенным на нити, сматывающейся со шкива. В начальный момент времени груз был неподвижен, а затем стал опускаться с ускорением 2 см/с2. Найти угловую скорость шкива в тот момент, когда груз пройдет 1 м и ускорение точек, лежащих на поверхности шкива. Ответ: 1рад/с; 0, 2 м/с2.
145. Материальная точка, начав двигаться равноускоренно по окружности радиусом 1 м, прошла за 10 с 50 м. С каким нормальным ускорением двигалась точка спустя 5 с после начала движения? Ответ: 25 м/с2.
146. Точка движется по окружности радиусом 20 см с постоянным тангенциальным ускорением. Найти величину этого ускорения, если известно, что к концу пятого оборота после начала движения линейная скорость точки 79, 2 cм/с. Ответ: 0, 05 м/с2.
147. Точка движется по окружности радиуса 20 см с постоянным касательным ускорением 5 см/с2. Через сколько времени после начала движения нормальное ускорение будет равно касательному? Ответ: 2 с.
148. Тело начинает вращаться с постоянным угловым ускорением 0, 04 рад/с2. Через сколько времени после начала вращения полное ускорение какой-либо точки тела будет направлено под углом 76о к направлению скорости этой точки? Ответ: 10 с.
149. Диск начинает движение из состояния покоя и вращается равноускоренно. Каким будет угол между вектором скорости и вектором ускорения произвольной точки диска, когда он сделает один оборот? Ответ: 85о.
150. Машина въезжает со скоростью 36 км/ч на закругленный участок шоссе радиусом 200 м и начинает тормозить с ускорением 0, 3 м/с2. Найти нормальное и полное ускорение машины, а также угол между ними через 30 с после указанного момента. Ответ: аn = 5 мм/с2, а = 0, 3 м/с2, j = 89о.
151. Поезд въезжает на закругленный участок пути с начальной скоростью 54 км/ч и проходит путь 600 м за 30 с, двигаясь равноускоренно. Радиус закругления равен 1 км. Определить скорость и ускорение в конце этого пути. Ответ: 90 км/ч, 0, 71 м/с2. 152. Ступенчатый шкив с радиусами r = 0, 25 м и R = 0, 5 м приводится во вращение грузом, опускающимся с ускорением 2 см/с2. Определить модуль и направление ускорения точки М в тот момент, когда груз пройдет путь 100 см. Ответ: ам = 32 м/с2, 83о к вертикали.
153. Снаряд вылетел со скоростью 320 м/с, сделав внутри ствола два оборота. Длина ствола 2 м. Считая движение снаряда внутри ствола равноускоренным, найти его угловую скорость вращения вокруг оси в момент вылета из ствола. Ответ: 2013 рад/с.
154. Диск радиусом 1 м начинает движение из состояния покоя и вращается равноускоренно. Тангенциальное ускорение точки, лежащей на ободе диска, 0, 04 м/с2. Через сколько времени ускорение этой точки будет направлено под углом 45о к ее скорости? Ответ: 5 с.
155. Скорость центра колеса, катящегося без проскальзывания по горизонтальной поверхности, изменяется со временем по закону uо = 1 + 2t (м/с). Радиус колеса 1 м. Найти скорости и ускорения четырех точек, лежащих на ободе колеса на концах взаимно перпендикулярных диаметров, один из которых горизонтален, через 0, 5 с после начала движения. Ответ: uА = 0, uВ = 4 м/с, uС = uD = 2, 83 м/с; а А = 4 м/с2, а В = 5, 66 м/с2, а С = 6, 32 м/с2, а D = 2, 83 м/с2.
Динамика
Законы Ньютона. Движение без учета трения 156. Могут ли силы F1 = 10 Н и F2 = 14 Н, приложенные к одной точке, дать равнодействующую, равную 2 Н; 4 Н; 10 Н; 24 Н; 30 Н? Ответ: 4 Н £ F £ 24 Н; 2 Н и 30 Н не могут.
157. Найти равнодействующую сил 2 Н, 4 H и 5 Н, образующих между собою на плоскости последовательно прямые углы. Ответ: 5 Н.
158. Найти равнодействующую трех сил по 20 Н каждая, если углы между первой и второй, второй и третьей силами равны 60о. Ответ: 40 Н.
159. Три силы действуют вдоль одной прямой. В зависимости от направления этих сил, их равнодействующая может быть равна 1 Н, 2 Н, 3 Н и 4 Н. Чему равна каждая из этих сил? Ответ: 0, 5 Н, 1 Н, 2, 5 Н.
160. Два человека тянут шнур в противоположные стороны, каждый с силой 100 Н. Разорвется ли шнур, если он может выдержать нагрузку 150 Н? Ответ: Нет.
161. В каком случае натяжение троса будет больше: 1) два человека тянут трос за концы с силами F, равными по модулю, но противоположными по направлению; 2) один конец троса привязан к столбу, а другой конец человек тянет с силой 2F? Ответ: Во втором.
162. Под действием силы в 20 Н тело движется с ускорением 0, 4 м/с2. С каким ускорением будет двигаться это тело под действием силы в 50 Н? Ответ: 1 м/с2.
163. Некоторая сила сообщает первому телу ускорение 2 м/с2, а второму телу - ускорение 3 м/с2. Какое ускорение под действием той же силы получат оба тела, если их соединить вместе? Ответ: 1, 2 м/с2.
164. С какой силой нужно действовать на тело массой 5 кг, чтобы оно падало вертикально вниз с ускорением 15 м/с2? Ответ: 25 Н.
165. Поезд массой 500 т, двигавшийся по горизонтальному пути со скоростью 13 м/с, останавливается под действием постоянной силы сопротивления, равной 100 кН. Сколько времени длилось торможение? Ответ: 65 с.
166. Автомобиль массой 2 т, трогаясь с места, прошел путь 100 м за 10 с. Найти силу тяги двигателя, если сила сопротивления движению 1 кН. Ответ: 5 кН.
167. Космический корабль массой 106 кг поднимается с Земли вертикально вверх. Сила тяги двигателя равна 3× 107 Н. С каким ускорением поднимается корабль? Ответ: 20 м/с2.
168. Воздушный шар массой 160 кг опускается с постоянной скоростью. Какое количество балласта нужно выбросить, чтобы шар поднимался с той же скоростью? Подъемная сила воздушного шара равна 1400 Н. Ответ: 40 кг.
169. Человек массой 70 кг находится в лифте. Определить вес человека: 1) перед началом подъема; 2) в начале подъема с ускорением 3 м/с2; 3) в конце подъема с “замедлением” 3 м/с2. Ответ: 1) 700 Н; 2) 910 Н; 3) 490 Н.
170. Какую перегрузку испытывает водитель, если автомобиль с места набирает скорость 180 км/ч за 10 с? Ответ: Р/Ро = 1, 1.
171. Через сколько секунд тело, брошенное вертикально вверх со скоростью 44, 8 м/с, упало на землю, если сила сопротивления воздуха не зависела от скорости и составляла 1/7 силы тяжести? Ответ: 8, 6 с.
Движение со связями. 172. Грузы массами 0, 2 кг и 0, 3 кг, связанные тонкой нерастяжимой нитью, находятся на гладкой горизонтальной поверхности. С каким ускорением будут двигаться грузы и какова сила натяжения нити, если к грузу массой 0, 2 кг приложена горизонтальная сила 1 Н? Ответ: 2 м/с2; 0, 6 Н.
173. Два тела, связанные нитью, находятся на гладком горизонтальном столе. Когда сила 100 Н была приложена к правому телу, сила натяжения нити была 30 Н. Какой будет сила натяжения нити, если приложить эту силу к левому телу? Ответ: 70 Н.
174. Четыре одинаковых бруска связаны нитями и положены на гладкий горизонтальный стол. К первому бруску приложена сила F. Определить ускорения тел и силы натяжения нитей. Ответ: а = F/4m; Т1 = 3F/4, Т2 = F/2, Т3 = F/4.
175. На гладком горизонтальном столе лежит веревкамассой 1 кг. К ней прикладывают горизонтально направленную силу 2 Н. Найти силу натяжения веревки в сечении, находящемся на расстоянии 1/3 длины веревки от точки приложения силы. Ответ: 1, 33 Н. 176. К концам шнура, перекинутого через неподвижный блок, подвешены грузы 200 г и 300 г. Определить ускорения, с которыми будут двигаться грузы, силу натяжения шнура и показание динамометра, на котором висит блок. Ответ: 2 м/с2; 2, 4 Н, 4, 8 Н.
177. Найти ускорения тел массами m1 = 0, 1 кг и m2 = 0, 3 кг, а также силу натяжения нити. Массой блоков и нитей можно пренебречь. Ответ: а 1 = 2, 86 м/с2, а 2 = 1, 43 м/с2, Т = 1, 3 Н.
178. На рисунке изображена система движущихся тел. Наклонная плоскость составляет угол 30о с горизонтом. Определить ускорения тел и силу натяжения нити. Ответ: а лев = 0, 5g; а сред = 0, 75g, а прав = g, Т = 0, 5 mg.
179. В механической системе, изображенной на рисунке, грузы массами m1 = 5 кг и m2 = 4 кг лежат на горизонтальной поверхности. Невесомая и нерастяжимая нить охватывает три невесомых блока. На свободную ось верхнего блока начинает действовать постоянная вертикальная сила 10 Н. Определить ускорение верхнего блока. Трением пренебречь. Ответ: 1, 125 м/с2.
180. Через неподвижный блок перекинута нить, на одном конце которой подвешена гиря массой 3 кг, а на другом конце - второй невесомый блок. На концах нити, перекинутой через второй блок, висят гири массой 2 кг и 1 кг. С каким ускорением будет двигаться гиря массой 3 кг? Ответ: 5/9 м/с2.
181. К концам невесомой и нерастяжимой нити, перекинутой через неподвижный блок, подвешены два груза массой по 100 г каждый. На один из грузов положен перегрузок массой 10 г. Найти силу, с которой перегрузок давит не груз, а также силу давления на ось блока. Ответ: 0, 09 Н; 2, 056 Н.
182. Через неподвижный блок перекинута веревка, за концы которой одновременно хватаются две обезьяны массами 20 кг и 25 кг. Более легкая обезьяна держится за один конец веревки, а более тяжелая, схватившись за другой, карабкается вверх так, чтобы всё время оставаться на одной высоте. Через какое время более легкая обезьяна достигнет блока, если в начальный момент времени она находилась ниже оси блока на расстоянии 16, 6 м? Ответ: 3, 65 с. 183. Между двумя одинаковыми гладкими брусками массой 1 кг каждый вставлен равнобедренный клин массой 1 кг с углом при вершине a = 60о. Вся система находится на гладкой плоскости. Определить ускорения брусков и клина. Ответ: 3, 5 м/с2; 6 м/с2.
184. Найти ускорения призмы массой 1 кг и куба массой 2 кг, изображенных на рисунке. Трением пренебречь. Угол a = 40о. Ответ: 4, 2 м/с2, 3, 5 м/с2. Движение по окружности
|