Пособие по решению задач (1)
.pdfДалее, 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