Шайбу толкнули по горизонтальной поверхности. Через время τ=0,5 с она оказалась на расстоянии S1=1,1 м от начальной точки, а через 2τ — на расстоянии S2=1,28 м. Найдите значение коэффициента трения μ между шайбой и поверхностью, при котором это возможно. Ускорение свободного падения g=10 м/с2. Ответ округлите до сотых.
Answers & Comments
Ответ:
Объяснение:
средняя скорость за первые 0,5 секунды
v1=S1/τ=2,2 м/с
средняя скорость за следующие 0,5 секунды
v2=(S2-S1)/τ=0,36 м/с
ускорение тела
a = (v2-v1)/τ=-3,68 м/с²
ускорение связано с коэфф трения
a=-μ*g
откуда μ=-a/g=0,368 ~ 0,37 - это ответ
(решение в 4 строчки)
Verified answer
Дано:
τ = 0,5 с
S1 = 1,1 м
τ2 = 2*τ
S2 = 1,28 м
g = 10 м/с²
μ - ?
Решение:
Сила трения будет являться единственной силой, которая изменяет скорость шайбы. Запишем уравнение Второго закона Ньютона:
Fтр = ma
Fтр = μ*N
N = Fтяж = mg => Fтр = μmg =>
=> μmg = ma | : m
μg = a => μ = a/g
Ускорение "а", должно быть меньше ускорения свободного падения "g". Необходимо выразить ускорение "а". Используем кинематические формулы.
Шайбе придали какую-то начальную скорость. Предполагаем, что поверхности однородны, значит шайба за равные промежутки времени теряет в скорости равное количество метров в секунду. Другими словами, шайба движется с одним и тем же ускорением. Составим два уравнения:
S1 = υ_0*τ - a*τ²/2
S2 = υ_0*τ2 - a*τ2²/2
Выразим скорость из каждого уравнения:
υ_0*τ = S1 + a*τ²/2
υ_0 = (S1 + a*τ²/2)/τ = S1/τ + a*τ/2
υ_0*τ2 = S2 + a*τ2²/2
υ_0 = (S2 + a*τ2²/2)/τ2 = S2/τ2 + a*τ2/2
Приравняем одно к другому:
υ_0 = υ_0
S1/τ + a*τ/2 = S2/τ2 + a*τ2/2
Выражаем ускорение:
a*τ/2 - a*τ2/2 = S2/τ2 - S1/τ
а*(τ - τ2)/2 = S2/τ2 - S1/τ
a = (S2/τ2 - S1/τ) : (τ - τ2)/2 = (S2/τ2 - S1/τ)*2/(τ - τ2)
Теперь упростим результат, учитывая, что τ2 = 2*τ:
а = (S2/(2*τ) - S1/τ)*2/(τ - 2*τ) = (S2 - 2*S1)/(2*τ) * 2/(-τ) = 2*(S2 - 2*S1)/(-2τ²) = -(S2 - 2*S1)/τ² = (2*S1 - S2)/τ²
Теперь подставляем выражение в формулу коэффициента трения:
μ = a/g = ((2*S1 - S2)/τ²)/g = (2*S1 - S2)/(gτ²) = (2*1,1 - 1,28)/(10*0,5²) = (2,2 - 1,28)/(10*0,25) = 0,92/2,5 = 0,368 = 0,37
Ответ: 0,37.