Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Пособие по решению задач (1)

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
23.03.2024
Размер:
2.26 Mб
Скачать

Далее, интегрируя, получаем:

ln v

2

 

v

4

2

R

2

2 f C;

Если 0, v v

, то :

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

C ln v

2

 

v

4

 

2

R

2

.

 

 

 

 

 

 

 

0

0

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

v 0

,при

2 n

; n Z – из условия задачи, то:

ln

 

 

gR

 

4 f n,

2

 

v

4

g

R

v

 

 

 

 

2

 

2

 

0

 

 

0

 

 

 

gRe

4 f n

v

2

 

 

 

v

4

g

2

R

2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

2

 

 

 

 

 

 

v

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 f n ln

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gR

 

 

g

2

R

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из математического справочника: sinh

1

x ln x

x

2

1

 

 

 

 

 

 

v

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

2

 

4 f n sinh

1

 

 

0

sinh 4 f n

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gR

 

итого получаем

v0 gRsinh 4 f n .

Ответ: v0

 

gRsinh

4 f n

№ 24. Колечко A может двигаться по кривой, закрепленной в вертикальной плоскости Oxy (ось Oy направлена вертикально вверх). Коэффициент трения между колечком и кривой равен f . Составить уравнение движения колечка

41

по кривой, считая, что крива задана уравнениями

длина дуги OA .

x

x s

,

y

y s

, где

s

Решение:

Рассмотрим схематичный чертеж

Рис. 14.

Запишем второй закон Ньютона

mw mg F

N F

.

тр.

ц.с.

 

Найдем проекцию этого уравнения на вектор

r

:

s

 

 

mw

r

mg

r

F

r

N

r

F

r

,

 

 

 

 

 

 

s

 

s

тр.

s

 

s

ц.с.

s

 

 

 

 

 

 

 

преобразуем данное выражение:

42

Слагаемые

Nrs

 

mr

r

mg

r

F

 

r

N

r

F

 

r

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

s

 

тр.

s

 

 

s

 

ц.с.

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

d r s r

 

 

 

r

2

 

 

s

r r

 

r

 

 

 

s

,

s

 

 

 

 

s

 

 

 

t

s s

 

dt

s t

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ms

r и Fц.с. s

mg

r

F

r

N

r

F

r

.

 

 

 

 

 

s

тр.

s

 

s

ц.с.

s

 

 

 

 

 

 

тождественно равны нулю в силу ортогональности

векторов. Итого имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ms mgy

fN sgn s s cos ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ms mgy fN sgn s .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ms

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очевидно, что

N mgx

 

 

 

,

lалее вспоминаем формулы для радиуса

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

y

2

 

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кривизны

R

y x

x y

 

.

Получаем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

f

 

gx y x x y s

2

sgn s gy 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

s f

gx

 

y x x y

 

s

2

sgn

 

s

 

gy 0

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 25. На высоте

 

H

 

 

над Землёй точке массы

m сообщается начальная

скорость v0 , направленная вертикально вниз. Найти скорость точки на

высоте

h , если на неё действует сила сопротивления F v2 ,

а сила

притяжения меняется с высотой по закону mR2 g / (R z)2 где

R -

радиус

Земли, а

z – расстояние до её поверхности.

 

 

Решение:

43

Запишем второй закон Ньютона в скалярной форме, проекция на ось

z

:

 

 

 

mgR

2

 

 

 

 

 

 

 

gR

2

 

 

mz z

2

 

 

 

z

z

2

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(R z)

2

 

 

m

 

 

 

(R z)

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

,

gR

, R z.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, задача свелась к решению дифференциального уравнения:

 

2

 

2

 

 

Понизим порядок данного Д/У:

:

d

dt

 

p( )

, тогда

 

d

p

d

p

d

p p.

dt

d

dt

 

 

 

 

Тогда наше дифференциальное уравнение примет вид:

поделим это уравнение на

p

p p p

2

 

2

,

 

 

 

0, тогда

 

 

 

 

 

 

p p p

1

 

2

.

 

 

 

Решаем однородное дифференциальное уравнение:

p p 0

 

p Ce

, где

C const

Для построения общего решения неоднородного уравнения используем метод Лагранжа.

: C C ,

p C e

C e

,

 

 

 

44

здесь

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

,

C e

C e

C e

 

C e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

C

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

C e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

2

 

 

 

 

 

C d C

 

 

 

d ,

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

R z

e

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d B,

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

это произвольная постоянная. Итого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R z

e

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

2

e

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d B ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p z v

z

, R z,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

e

2 ( R z )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2 ( R z )

 

 

 

 

 

 

2 ( R z )

 

 

 

 

 

 

 

2 dz.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vz

 

Be

 

 

 

 

 

 

 

 

2 e

 

 

 

 

 

 

(R

z)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем константу B из начальных условий

v

 

H

 

v

0

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

2

Be

2 ( R H )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

e

2 ( R H )

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

B v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

e

2 z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

z

e

m

 

 

 

 

 

 

 

2 z H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z H

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

2

 

 

2 z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

e

2gR

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e m

 

 

 

 

 

e m

 

 

 

 

 

 

dz

 

z

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

dz v

 

 

 

 

 

2gR

 

 

 

 

 

 

2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(R z)

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(R z)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cкорость на высоте h определяется как:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( H

h)

 

 

 

 

 

 

 

 

h

e

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

v

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2gR

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(R z)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45

Ответ:

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

2

z

 

 

 

 

 

 

 

 

H

e

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

( H h)

2

 

 

h

 

 

 

 

v

 

m

e

 

m

 

 

 

 

 

2 dz.

 

v0e

 

 

2gR

 

 

(R z)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 26. Камень отпущен без начальной скорости на высоте H над Землей.

Найти время T , по истечении которого камень будет находиться на высоте

h

, если сила притяжения меняется с высотой по закону

mgR

2

 

 

 

R z

2

 

, где

R

радиус Земли, а z

перейти е пределу

– расстояние до её поверхности. В выражении для времени

R (случай однородного поля тяжести).

Решение:

Данная задача является частным случаем квадратура:

dz

2

 

 

 

H

 

 

d

 

 

dz

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2gR

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

dt

 

 

 

 

 

z

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть 2gR2

,

1

 

 

, тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

R

z

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

задачи

2gR

2

 

dz

 

1

 

R z

 

25,

1

R

 

откуда следует данная

 

1

 

,

 

 

z

 

 

R H

 

T

 

 

dt,

0

 

пусть

1

 

 

R z

 

 

 

 

d

 

 

1

 

dz

R

 

 

1

 

R z

, тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 , dz R z

2

 

 

 

 

 

 

1

2

z

 

d dz

 

 

d ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R h

R H

 

 

1

d

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

46

Посчитаем неопределенный интеграл вида

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

atanh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C.

 

 

3 2

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя пределы интегрирования, приходим к уравнению вида:

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R h

R

H

 

 

 

 

 

 

 

 

atanh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R h

R H

 

 

 

R H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T ,

1

 

1

 

 

 

 

 

3

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R H R h

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R H

3 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R H R h H h

 

 

 

 

 

H h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

atanh

 

 

 

 

T ,

 

2gR2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R H R h

 

H h

 

 

 

R H

3

 

 

 

 

H h

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2gR

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g R

 

atanh

R h

 

T.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем предельное соотношение при

R

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 H h

 

 

R T (R)

2

 

H h 2

 

H h

 

 

2

H

h

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

g

Ответ:

T

 

R H

R h

H h

 

R H

3

2

 

H h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2gR

2

 

 

2g R

 

 

atanh

R h

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 H h

 

 

limT (R)

 

2 H h

 

 

2 H h

 

 

2 H h

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

g

 

 

g

R

 

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

47

№ 27. Точка массы

m движется без трения по прямой

Ox

под действием

 

 

силы

F F

 

x

. Найти в квадратурах закон движения

точки,

x0 0 и

 

 

 

F

 

x

 

0

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение:

Задача одномерная, запишем сразу второй закон Ньютона в скалярной форме:

mx F x ,

умножим скалярно это уравнение на

dx

:

 

mxdx F x dx,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

dx

dx F x dx mxdx F x dx,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cделаем замену переменных, тогда:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

 

x

2

 

 

1

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d x

0

2

 

 

 

 

 

m

d

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

F

 

 

F

 

d ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

m

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

x

2

 

 

 

 

F

 

 

 

 

d

 

t t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

dx

 

x

2

 

 

F

 

 

 

d

 

 

 

 

t t

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

m x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 28. Парашютист прыгает с самолета, летящего по горизонтали на высоте H со скоростью v0 . По какой траектории движется парашютист при затяжном прыжке (до момента раскрытия парашюта), если сила

сопротивления воздуха Fсп. kv , где

v - скорость парашютиста, а

изменение ускорения силы тяжести с

высотой не учитывается? Из

48

 

полученного уравнения предельным переходом траектории при отсутствии сил сопротивления.

k 0

найти уравнение

Решение:

Изобразим схематичный чертеж

Рис. 15

Запишем уравнение движение парашютиста

mw mg Fсп. ,

запишем данное уравнение в проекциях на оси

 

mx kx,

 

 

 

 

 

 

my mg ky.

Решаем первое уравнение в системе

 

 

 

 

x

k

x 0

,

 

m

 

 

 

 

 

 

 

mk ln x t C1 .

Константу C1 находим из начальных условий t 0 x v0

49

 

 

x v

 

exp

 

 

 

k

t

 

 

,

 

 

 

 

0

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

mv

0

exp

 

 

k

t

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

m

 

 

2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Константу C1

находим из начальных условий t 0 x 0

 

x

mv

0

exp

 

 

k

t

 

 

mv

0

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В качестве промежуточного результата имеем

t

m

k

 

Решаем второе уравнение в системе

y

k

y g

m

 

 

Легко показать, что

ln 1

v

 

kx

 

 

.

 

mv0

 

 

k

v

 

g,

y

m

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mg

 

 

 

kt

 

 

 

 

 

 

mg

 

 

m

 

 

kt

 

 

 

 

vy

 

 

m

 

y

 

e

m

C,

 

e

 

1

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

g

 

 

 

 

mg

 

 

m

 

 

 

kt

 

 

 

 

2

g

C H

m

 

y

 

e

 

m

 

H

m

 

 

2

 

 

 

 

 

 

t

 

2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

Подставляем ранее найденное t

в y :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

Соседние файлы в предмете Теоретическая механика