Пенроуз Р. 3 страница
185. Гиря массой 100 г равномерно вращается на нити в вертикальной плоскости. На сколько сила натяжения нити больше при прохождении гири через нижнюю точку, чем через верхнюю? Ответ: 2 Н.
186. Ведро с водой вращают в вертикальной плоскости на веревке длиной 0, 5 м. С какой наименьшей скоростью можно это делать, чтобы при прохождении ведра через высшую точку вверх дном вода не выливалась? Ответ: 2, 2 м/с.
187. Два шарика массами 9 г и 3 г прикреплены нитями разной длины к вертикальной оси и приводятся во вращательное движение вокруг этой оси с постоянной угловой скоростью, при этом нити располагаются перпендикулярно оси. Какова длина каждой нити, если их общая длина равна 1 м и силы натяжения нитей при вращении одинаковы? Ответ: 25 см, 75 см.
188. Груз, подвешенный на нити длиной 60 см, двигаясь равномерно, описывает в горизонтальной плоскости окружность. С какой скоростью движется груз, если нить образует с вертикалью угол 30о? Ответ: 1, 3 м/с.
189. Груз массой 100 г, привязанный к нити длиной 40 см, совершает колебания в вертикальной плоскости. Найти силу натяжения нити в момент, когда нить составляет с вертикалью угол 60о, а скорость груза 2 м/с. Ответ: 1, 5 Н.
190. Конькобежец движется со скоростью 10 м/с по окружности радиусом 30 м. Под каким углом к горизонту он должен наклониться, чтобы сохранить равновесие? Ответ: 71, 5о.
191. Поезд движется по закруглению радиусом 800 м со скоростью 72 км/ч. На сколько внешний рельс должен быть выше внутреннего? Расстояние между рельсами по горизонтали принять равным 1, 5 м. Ответ: 7, 5 см.
192. Самолет совершает поворот, двигаясь по дуге окружности со скоростью 360 км/ч. Определить радиус этой окружности, если корпус самолета повернут на угол 10о к горизонту. Ответ: 5682 м.
193. С какой скоростью должен двигаться автомобиль, чтобы не оказывать давления на середину выпуклого моста, если радиус моста 250 м? Ответ: 50 м/с.
194. Как относятся друг к другу силы, с которыми автомобиль, движущийся со скоростью 36 км/ч, давит на середины вогнутого и выпуклого мостов, имеющих радиус кривизны 40 м? Ответ: 1, 7.
195. По выпуклому мосту, радиус кривизны которого равен 90 м, со скоростью 54 км/ч движется автомобиль массой 2, 0 т. В какой точке моста сила давления автомобиля на мост равна 5, 0 кН? Ответ: угол между вертикалью и радиусом 60о.
196. Полусферическая чаша радиусом R вращается вокруг вертикальной оси с угловой скоростью w. В чаше лежит маленький шарик, вращающийся вместе с нею. Какой угол с вертикалью составляет прямая, соединяющая шарик с центром окружности? Ответ: a = arcos(g/w2R).
Движение по наклонной плоскости
197. Длина наклонной плоскости 2, 5 м, высота – 25 см. Найти ускорение скользящего по ней без трения тела. Ответ: 1 м/с2.
198. Тело скользит вниз по наклонной плоскости, длина которой 40 м, а наклон к горизонту 30о. Когда тело достигнет основания? Трением пренебречь. Ответ: 4 с.
199. По наклонной плоскости с углом наклона 30о перемещается вверх тело массой 3 кг под действием второго тела массой 2 кг, связанного с первым нитью, перекинутой через неподвижный блок. С каким ускорением движутся тела и чему равна сила натяжения нити? Ответ: 1 м/с2; 18 Н. 200. Неподвижный блок укреплен на вершине двух плоскостей, составляющих с горизонтом углы 30о и 45о. Грузы равной массы 1 кг соединены нитью, перекинутой через блок. Найти ускорение, с которым движутся грузы и силу натяжения нити. Ответ: 1 м/с2; 6 Н.
201. Найти ускорения тел и силы натяжения нитей. Трения нет. Массы тел: m1 = 3 кг, m2 = 2 кг, m3 = 5 кг. Углы: a = 60о, b = 30о. Ответ: 0, 1 м/с2, Т12 = 25, 7 Н, Т23 = 25, 5 Н.
Движение при наличии трения 202. Тело массой 10 кг равномерно движется по горизонтальной поверхности под действием силы F, направленной под углом 30о к горизонту. Определить величину этой силы, если коэффициент трения 0, 2. Ответ: 20, 7 Н, 26, 1 Н.
203. Тело массой 20 кг тянут с силой 120 Н по горизонтальной поверхности. Если эта сила приложена под углом 60о выше горизонта, тело движется равномерно. С каким ускорением будет двигаться тело, если эту же силу приложить под углом 30о выше горизонта? Ответ: 0, 76 м/с2.
204. На столе лежат два бруска, связанные нитью. На первый брусок действует сила 20 Н, направленная под углом 30о выше уровня горизонта. Массы брусков: первого – 4 кг, второго – 2 кг, коэффициент трения 0, 1. Определить ускорения тел и силу натяжения нити. Ответ: 2 м/с2, 6 Н.
205. Три тела связаны нитями так, как показано на рисунках «а», «б» и «в». коэффициент трения между телами и горизонтальной поверхностью 0, 1. Найти ускорения тел и силы натяжения нитей. Ответ: а) 1, 2 м/с2, 17, 6 Н, 11 Н; б) 4, 5 м/с2, 5, 5 Н, 16, 5 Н; в) 2 м/с2, 24 Н, 12 Н. 206. Брусок массой 1 кг движется вверх по вертикальной стене под действием силы 20 Н, приложенной под углом 30о к вертикали. Коэффициент трения 0, 2. Определить ускорение бруска. Ответ: 5, 3 м/с2.
207. Человек сидит на краю круглой горизонтальной платформы радиусом 4 м. С какой частотой должна вращаться платформа, чтобы человек мог удержаться на ней, если коэффициент трения 0, 27? Ответ: 0, 13 с-1.
208. Автомобиль движется со скоростью 80 км/ч по внутренней поверхности вертикального цилиндра радиуса 10 м по горизонтальному кругу. При каком минимальном коэффициенте трения между шинами автомобиля и поверхностью цилиндра это возможно? Ответ: 0, 2.
209. С какой максимальной скоростью может ехать по горизонтальной поверхности мотоциклист, чтобы совершить поворот по дуге окружности радиусом 90 м, если коэффициент трения 0, 4? На какой угол от вертикального направления он должен при этом отклониться? Ответ: 18, 8 м/с, 22о.
210. На наклонной плоскости длиной 13 м и высотой 5 м лежит груз массой 26 кг. Коэффициент трения равен 0, 5. Какую минимальную силу нужно приложить к грузу вдоль наклонной плоскости, чтобы а) втащить груз? б) стащить груз? Ответ: 220 Н, 20 Н.
211. При каком коэффициенте трения человек сможет вбежать в горку высотой 10 м с углом наклона 0, 1 рад за 10 с без предварительного разгона? Ответ: m ³ 0, 3.
212. Какую минимальную скорость будет иметь человек, сбежавший с горки высотой 10 м с углом наклона 0, 1 рад при коэффициенте трения 0, 05? Ответ: 10 м/с.
213. Санки съезжают с горы высотой 10 м и углом наклона 30о, а затем движутся по горизонтальной поверхности. Какой путь пройдут санки до остановки, если коэффициент трения на всем пути 0, 05? Ответ: 202, 7 м.
214. Ледяная гора составляет с горизонтом угол 10о. По ней пускают снизу вверх камень, который в течение 3 с проходит расстояние 12 м, после чего скатывается вниз. Сколько времени камень скатывается вниз? Ответ: 5, 8 с.
215. Два бруска массами по 0, 2 кг каждый находятся на наклонной плоскости с углом наклона 45о. Коэффициент трения нижнего бруска о наклонную плоскость 1, верхнего - 0, 1. Какова сила взаимодействия брусков? Ответ: 0, 63 Н.
216. Два тела с одинаковыми массами m связали тонкой нерастяжимой нитью и поместили на наклонную плоскость с углом наклона a. Определить натяжение нити при движении тел вдоль плоскости, если коэффициент трения верхнего тела о плоскость в 2 раза больше коэффициента трения нижнего и равен m? Ответ: ( mmgcosa)/4.
217. Вверх по наклонной плоскости с углом наклона 30о перемещается тело массой 6 кг под действием второго тела массой 5 кг, связанного с первым нитью, перекинутой через неподвижный блок. С каким ускорением движутся тела и какова сила натяжения нити? Коэффициент трения 0, 3. Ответ: 0, 4 м/с2, 48 Н.
218. Неподвижный блок укреплен на вершине двух плоскостей, составляющих с горизонтом углы 30о и 45о. Грузы 1 и 2 массами по 1 кг каждый соединены нитью, перекинутой через блок. Коэффициент трения 0, 1. Найти ускорение грузов и силу натяжения нити. Ответ: 0, 215 м/с2, 6, 08 Н.
219. Решить предыдущую задачу, изменив условия: a = 30о, b = 60о, m1 = 2 кг, m2 = 1 кг, m1 = 0, 1, m2 = 0, 2. Ответ: тела покоятся.
220. На наклонной плоскости с углом при основании 30о лежит доска массой 2 кг, а на доске – брусок массой 1 кг. Коэффициент трения доски о плоскость 0, 2, бруска о доску - 0, 15. С какими ускорениями движутся брусок и доска, предоставленные сами себе? Ответ: 3, 7 м/с2, 3 м/с2.
221. На гладком горизонтальном столе лежит брусок массой 2 кг, на котором находится брусок массой 1 кг. Коэффициент трения между брусками 0, 5. Какую силу нужно приложить к нижнему бруску, чтобы он двигался с ускорением 5 м/с2? Ответ: 25 Н.
222. На наклонной плоскости с углом при основании 60о лежит доска массой М, а на доске – брусок массой m = 2, 3 кг. Брусок и доска соединены между собой нитью, перекинутой через неподвижный блок. Коэффициент трения между поверхностями бруска и доски 0, 2, доски и плоскости - 0, 4. При каких значениях массы доски М брусок будет двигаться вниз, при каких – вверх? Ответ: М £ 1 кг, М ³ 4, 4 кг.
223. Наклонная плоскость с углом наклона a движется с ускорением в сторону, показанную на рисунке. Начиная с какого значения ускорения тело, лежащее на наклонной плоскости, начнет подниматься? Коэффициент трения между телом и наклонной плоскостью равен m. Ответ:
224. Решить предыдущую задачу, изменив в условии направление ускорения наклонной плоскости на противоположное и найти минимальное значение ускорения, при котором тело начнет соскальзывать. Ответ:
225. Два груза массами m и 2m связаны нитью, перекинутой через блок, и установлены на подвижной тумбе. Коэффициент трения между обоими грузами и тумбой равен m. С каким ускорением можно двигать тумбу влево, чтобы грузы не двигались относительно тумбы? Ответ: .
226. Доска массой 2 кг может скользить без трения по горизонтальной поверхности. На доске лежит брусок массой 0, 5 кг. Коэффициент трения между доской и бруском 0, 2. Доска соединена с грузом перекинутой через блок идеальной нитью. Какой должна быть масса груза, чтобы брусок скользил по доске? Ответ: m ³ 0, 625 кг.
227. На гладком горизонтальном столе лежит доска массой 2 кг, на которой находится брусок массой 1 кг. Коэффициент трения между доской и бруском 0, 5. Брусок соединен идеальной нитью, перекинутой через блок, с грузом массой 2 кг. Каковы ускорения тел? Ответ: 2, 5 м/с2, 5 м/с2. 228. Система грузов, изображенных на рисунке, находится в лифте, который движется вверх с ускорением 0, 5g. Найти силу натяжения нити, если массы грузов: m1 = 2 кг, m2 = 1 кг, а коэффициент трения 0, 2. Ответ: 12 Н.
229. Тело массой 10 кг лежит на тележке массой 15 кг. Коэффициент трения между телом и тележкой 0, 6. Найти ускорения тела и тележки, если к телу поочередно прикладывать горизонтальные силы 20 Н, 80 Н, 200 Н. Ответ: при 20 Н: а 1 = а 2 = 0, 8 м/с2; при 80 Н: а 1 = а 2 = 3, 2 м/с2; при 200 Н: а 1 = 14 м/с2, а 2 = 4 м/с2.
230. На горизонтальной плоскости лежит доска массой 2 кг, на которую помещен груз массой 1 кг. Горизонтальная сила 20 Н приложена к грузу. Коэффициент трения между плоскостью и доской - 0, 1, а между доской и грузом - 0, 5. Найти ускорения тел и необходимое условие для того, чтобы сдвинуть груз с доски. Ответ: а груза = 15 м/с2, а доски = 1 м/с2; Fmin = 6 Н.
231. На доске массой 4 кг лежит брусок массой 1 кг. Длина доски 60 см. Коэффициент трения между бруском и доской - 0, 2, между доской и столом - 0, 1. Определить: 1) с какой максимальной силой можно тянуть доску, чтобы брусок не соскользнул с нее? 2) за какое время брусок соскользнет с доски, если сила равна 35 Н? Ответ: 1) 15 Н, 2) 0, 5 с.
232. Тележка массой 20 кг может без трения перемещаться по горизонтальному полу. На тележке лежит груз массой 10 кг. Коэффициент трения между грузом и тележкой 0, 2. К грузу привязана веревка, перекинутая через блок, укрепленный на тележке. Найти ускорения тележки и груза, если к свободному концу веревки приложить силу 40 Н, направленную вертикально вверх? Ответ: 1 м/с2 вправо, 2 м/с2 влево.
233. Система из трех тел и двух неподвижных блоков приходит в движение. Массы тел: m1 = 1 кг, m2 = 3 кг, m3 = 1 кг. За какое время тело массой m1 пройдет по телу массой m2 расстояние 1 м? Коэффициент трения между этими телами m = 0, 3. Горизонтальная поверхность под телом массой m2 гладкая. При каких значениях m движение тел невозможно? Ответ: 1, 12 с, m ³ 0, 5.
Всемирное тяготение
234. Два маленьких шара находятся на некотором расстоянии друг от друга. Как изменится сила притяжения между ними: а) при увеличении расстояния в 3 раза; б) если при неизменном расстоянии массу каждого шара увеличить в 2 раза? Ответ:. а) уменьшится в 9 раз; б) увеличится в 4 раза.
235. Определить силы, с которыми притягиваются друг к другу два соприкасающихся свинцовых шара диаметрами 1 м каждый. Ответ: 2, 3 мН. 236. Имеются три одинаковых шара. Найти отношение результирующих гравитационных сил, действующих на шар 1 со стороны шаров 2 и 3 в схемах компоновки, показанных на рисунках «а» и «б». Ответ: Fб/Fа=1, 39.
237. Определить ускорение свободного падения тел на высоте, равной радиусу Земли, если считать, что на поверхности Земли ускорение свободного падения 9, 8 м/с2. Ответ: 2, 45 м/с2.
238. На какой высоте от поверхности Земли сила тяготения уменьшится вдвое? Ответ: 2600 км.
239. С какой силой будет притягиваться к Луне гиря массой 1 кг, находящаяся на поверхности Луны? Ответ: 1, 7 Н.
240. Расстояние между центрами Земли и Луны равно 60 земным радиусам. Масса Луны в 81 раз меньше массы Земли. В какой точке прямой, соединяющей центры планет, тело будет притягиваться ими с одинаковой силой? Ответ: 54R3емли от центра Земли.
241. С какой наименьшей горизонтальной скоростью надо бросить тело вблизи поверхности Земли, чтобы оно стало ее искусственным спутником? Сопротивлением воздуха пренебречь. Ответ: 7, 9 км/с.
242. Средняя высота спутника над поверхностью Земли 3200 км. Каковы скорость и период вращения спутника? Ответ: 6, 45× 103 м/с; 2, 6 час.
243. Если на экваторе построить гигантскую вышку, то с какой высоты нужно спрыгнуть с нее, чтобы уже никогда не достичь Земли? Ответ: 3, 56× 107 м.
244. Две одинаковые звезды с равными массами 1, 5× 1034 кг находятся на расстоянии 500 млн км друг от друга. Найти период обращения звезд вокруг их общего центра масс. Ответ: 1, 57× 106 с.
245. Определить плотность шарообразной планеты, если вес тела на полюсе в 2 раза больше, чем на экваторе, а продолжительность суток на планете 2 ч 40 мин. Ответ: 3× 103 кг/м3.
246. Определить продолжительность суток на планете, радиус которой в 2 раза меньше радиуса Земли, масса равна массе Земли, а пружинные весы на экваторе показывают вес на 1% меньше, чем на полюсе. Ответ: 5 ч.
247. Какой продолжительности должны быть сутки на Земле, чтобы тела на экваторе были невесомы? Ответ: 1 ч 25 мин.
Сила упругости. 248. На сколько удлиняется рыболовная леска (коэффициент жесткости 500 Н/м) при равномерном подъеме вертикально вверх рыбы массой 200 г? Ответ: 4 мм.
249. Найти удлинение троса с коэффициентом жесткости 100 кН/м при буксировке автомобиля массой 2 т с ускорением 0, 5 м/с2. Ответ: 1 см.
250. Легкая пружина одним концом прикреплена к бруску массой 600 г, покоящемуся на гладком горизонтальном столе. Свободный конец пружины стали перемещать прямолинейно вдоль стола с ускорением 0, 2 м/с2. Определить коэффициент жесткости пружины, если она при этом удлинилась на 2 см. Ответ: 6 Н/м.
251. Пружину, на которую подвесили груз массой 0, 4 кг, за свободный конец поднимают вертикально вверх с ускорением 0, 8 м/с2. Жесткость пружины 250 Н/м. Пренебрегая массой пружины, определить, насколько увеличилась ее длина по сравнению с недеформированным состоянием. Какую скорость приобретет груз через 5 с от начала движения? Ответ: 17 мм; 4 м/с.
252. Два одинаковых груза массой 0, 2 кг каждый соединены легкой пружиной, жесткость которой 230 Н/м. На сколько растянется пружина, если за один груз тянуть всю систему вертикально вверх с силой 4, 6 Н? Ответ: 1 см.
253. Деревянный брусок массой 2 кг тянут равномерно по деревянной доске, расположенной горизонтально, с помощью прикрепленной к нему пружины жесткостью 100 Н/м. Коэффициент трения 0, 3. Найти удлинение пружины. Ответ: 6 см.
254. Две пружины, жесткости которых соответственно равны 100 Н/м и 300 Н/м, соединили параллельно. Пружиной какой жесткости можно заменить такую систему пружин? Ответ: 400 Н/м.
255. Две пружины, жесткости которых соответственно равны 100 Н/м и 300 Н/м, соединили последовательно. Пружиной какой жесткости можно заменить такую систему пружин? Ответ: 75 Н/м.
256. Жесткость резинового жгута 100 Н/м. Какова жесткость такого же жгута, сложенного пополам? Какова жесткость половины этого жгута? Ответ: 400 Н/м, 200 Н/м.
257. Динамометр прикреплен к двум грузам массами 10 кг и 1 кг. К грузам приложены силы: 19, 6 Н к большему грузу и 9, 8 Н к меньшему грузу. Что покажет динамометр? На сколько растянута его пружина, если коэффициент жесткости ее равен 500 Н/м? Ответ: 10, 7 Н, 2 см.
258. Один конец пружины прикреплен к гвоздю, вбитому в стол, а другой – к грузу. Груз, скользя по столу без трения, совершает круговое движение с линейной скоростью 2 м/с вокруг гвоздя. Найти радиус окружности, по которой движется груз. Длина недеформированной пружины равна 1 м. Известно, что длина пружины возрастает вдвое, если к ней подвесить этот груз. Ответ: 1, 3 м.
Статика
260. При каких значениях силы ящик массой 60 кг, лежащий на горизонтальной поверхности, будет оставаться в покое, если коэффициент трения равен 0, 27, а сила действует под углом 30о к горизонту? Ответ: F1 £ 162 Н, F2 £ 222 Н.
261. К концу стержня АВ длиной 2 м, укрепленного шарнирно одним концом к стенке, а с другого конца поддерживаемого тросом ВС длиной 2, 5 м, подвешен груз массой 120 кг. Найти силы, действующие на трос и на стержень. Ответ: 2000 Н, 1600 Н.
262. Груз массой 1 кг подвешен на шнуре и оттянут горизонтальной оттяжкой. Найти силы натяжения шнура АВ и оттяжки ВС, если угол a = 60о. Ответ: 11, 5 Н, 5, 75 Н.
263. Найти силы, действующие на подкос ВС и тягу АС, если АВ = 1, 5 м, АС = 3 м, ВС = 4 м, а масса груза 20 кг. Ответ: 533 Н, 400 Н.
264. Груз массой 10 кг подвешен на шнурах АВ и ВС так, что шнуры образуют с горизонтом углы a = 60о и b = 30о. Найти силы натяжения шнуров. Ответ: ТАВ = 86, 6 Н, ТВС = 50 Н.
265. Грузы P и Q висят, как показано на рисунке. Зная углы a и b, а также вес Р, найти вес Q. Ответ: Q=Р× tga/tgb.
266. На полуцилиндре радиусом 0, 5 м находится небольшая шайба. Определить минимальную высоту от основания цилиндра, на которой может находиться шайба, еще не соскальзывая. Коэффициент трения между шайбой и полуцилиндром 0, 8. Ответ: 0, 39 м.
267. Шар массой 4, 9 кг опирается на две гладкие плоскости, образующие угол, причем левая образует с горизонтом угол a = 35о, а правая – угол b = 20о. Определить силы, с которыми шар давит на плоскости. Ответ: 20 Н, 34 Н.
268. Каков должен быть коэффициент трения, чтобы клин, заколоченный в бревно, не выскакивал из него? Угол при вершине клина 30о. Ответ: m ³ 0, 27.
269. Небольшое тело находится в равновесии на наклонной плоскости с углом наклона a. Равновесие достигается, когда нить составляет угол b с вертикалью, проведенной из точки подвеса вдоль наклонной плоскости. При каком минимальном коэффициенте трения m это возможно? Ответ: m = sinb× tga.
270. Найти момент силы тяжести груза массой 4 кг относительно точек А, В и С если ВС = 1 м, a = 60о. Ответ: МА = 20 Н× м, МВ = 0, МС = 20 Н× м.
271. Колесо радиусом 25 см и массой 15 кг стоит перед ступенькой высотой 10 см. Какую наименьшую силу в горизонтальном направлении надо приложить к оси колеса, чтобы оно могло подняться на ступеньку? Ответ: 200 Н.
272. На колесе радиусом 3, 2 см имеется плоская часть длиной а = 2 см. При каком коэффициенте трения колесо будет скользить, а не катиться по горизонтальной поверхности, если его плавно тянуть за ось? Ответ: m £ 0, 33.
273. Тяжелое бревно втаскивают вверх по наклонной плоскости с помощью двух параллельных канатов. Масса бревна 400 кг, высота наклонной плоскости 1 м, длина – 2 м. Какую силу, направленную параллельно плоскости, прилагают к каждому канату? Ответ: 500 Н.
274. К гладкой вертикальной стене на веревке длиной 1 м подвешен шар массой 10 кг. Какова сила натяжения веревки и сила давления шара на стенку, если его радиус 10 см? Ответ: 100, 45 Н, 9, 13 Н.
275. Шар, касающийся вертикальной стены, подвешен на нити, другой конец которой закреплен на этой же стене. Точка крепления шара к нити находится на одной вертикали с центром шара. При каком коэффициенте трения шар может находиться в равновесии? Ответ: m ³ 1.
276. При каком коэффициенте трения возможно такое равновесие? Ответ: m ³ 1.
277. Конец нити, намотанной на катушку, касающейся стены, закреплен на стене так, как показано на рисунке. Найти коэффициент трения катушки о стену, если известно, что катушка покоится, a = 30о, r = 1 см, R = 10 см. Ответ: m ³ 0, 2.
278. Катушка висит на нити, намотанной по ее малому радиусу r. По большому радиусу R тоже намотана нить, на конце которой висит груз. Какова масса груза m, если система находится в равновесии? Масса катушки М. Ответ: .
|