Пусть длина цепи: L
Пусть длина свисающей части: x
Тогда длина части, оставшейся на столе: L - x
Если масса цепи: m, то масса свисающей части: m x /L,
масса лежащей на столе части: m (1 - x / L)
1) Часть, лежащая на столе:
Если силы трения нет, то на ту часть цепи, что еще на столе, по вертикали действуют сила тяжести и сила реакции опоры, что уравновешивают друг друга.
По горизонтали на границу этой части действует горизонтальная сила, стягивающая ее со стола. Уравнение движения (проекция на горизонтальное направление):
m (1 - x / L) a1 = T
a - горизонтальное ускорение части, лежащей на столе.
T - сила, с которой тянет настольную часть цепи ее свисающая часть.
2) Часть, свисающая вниз.
На нее действуют силы в горизонтальном направлении. В вертикальном направлении вниз действует сила тяжести:
m (x / L) g
И вверх действует сила T, с которой противодействует стягиванию остальная часть цепи. Тогда уравнение движения (проекция на вертикальное направление):
m (x / L) a2 = m (x / L) g - T
3) Помимо пренебрежения трением, принимаем еще допущение о том, что горизонтальная скорость части цепи, лежащей на столе, не достаточно велика, чтобы цепь перестала свисать, прижимаясь к углу стола. Тогда проекции ускорений a1 и a2 равны:
a = x''(t)
4) Тогда получаем два уравнения с двумя неизвестными:
m (1 - x / L) x '' = T
m (x / L) x'' = m g (x / L) - T
Исключаем из уравнения T:
m (x / L) x'' = m g (x / L) - m (1 - x / L) x''
Или:
x '' = (g / L) x
Представим скорость в виде:
x'(t) = v(t) = v(x(t))
Тогда:
x''(t) = dv/dt = (dv/dx) (dx/dt) = v (dv/dx)
Тогда уравнение примет вид:
v (dv/dx) = (g / L) x
Разделяем переменные:
v dv = (g / L) x dx
Умножаем на 2 и интегрируем:
v^2 = Const + (g / L) x^2
Избавляемся от квадрата слева:
v = sqrt[g/L] sqrt(C + x^2)
(выбран знак +, поскольку x увеличивается, и dx/dt = v > 0)
При t = 0, когда x равен своему известному начальному значению (обозначим x0), цепь покоится, что есть dx/dt = v = 0, тогда:
0 = sqrt[g/L] sqrt(C + x0^2)
То есть: C = - x0^2, тогда:
v = sqr[g/L] sqrt(x^2 - x0^2)
или:
dx/dt = sqrt[g/L] sqrt(x^2 - x0^2)
Разделим переменные:
dx / sqrt(x^2 - x0^2) = sqrt[g/L] dt
Интегрируем:
arcch(x / x0) = sqrt[g/L] t + C
При t = 0, x = x0:
arcch(1) = C
Получаем:
arcch(x / x0) = arcch(1) + sqrt[g/L] t
От сюда выражаем t:
t = sqrt[L/g] { arcch(x / x0) - arcch(1) }
t = sqrt[L/g] { arcch(L / x0) - arcch(1) }
L = 6(м), x0 = 1(м)
Поделитесь своими знаниями, ответьте на вопрос:
1.прямолинейный проводник длиной 0, 2 м, по которому идет электрический ток, находится в однородном магнитном поле с индукцией 0, 1 тл и расположен перпендикулярно вектору магнитной индукции. сила тока в проводнике 1 а. найдите работу силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля, по перемещению проводника на 10 см. 2. в магнитном поле с индукцией 0, 1 тл движется электрон со скоростью , направленной перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. чему равен модуль силы, действующей на электрон со стороны магнитного поля? заряд электрона 3. чему равен поток вектора магнитной индукции через поверхность, ограниченную рамкой площадью 0, 5 кв.м и расположенную под углом 60 градусов к вектору в, если в=0, 2 тл. ответ округлить до тысячных. 4. за 2 с магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, уменьшился с 6 до 3, 6 вб. чему при этом равно значение эдс индукции? 5. определите время переходного процесса и изменение энергии магнитного поля, если эдс самоиндукции равна 10 в, а ток в катушке с индуктивностью 0, 2 гн увеличился с 2, 8 до 4 а. 6. как можно ослабить магнитное поле катушки с током? контрольная работа по . 11 класс. электродинамика. 11 вариант. 1. прямолинейный проводник, по которому идет электрический ток, находится в однородном магнитном поле индукцией 0, 5 тл и расположен перпендикулярно вектору магнитной индукции. сила тока 1, 1 а. сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, равна 0, 11 н. найдите длину проводника. 2. в магнитном поле с индукцией 0, 5 тл движется электрон со скоростью , направленной перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. чему равен модуль силы, действующей на электрон со стороны магнитного поля? заряд электрона 3. чему равен поток вектора магнитной индукции через поверхность, ограниченную рамкой площадью 0, 2 кв.м и расположенную под углом 60 градусов к вектору в, если в=0, 3 тл. ответ округлить до тысячных. 4. за 10 с магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, уменьшился с 7, 2 до 6 вб. чему при этом равно значение эдс индукции? 5. определите время переходного процесса и изменение энергии магнитного поля, если эдс самоиндукции равна 2 в, а ток в катушке с индуктивностью 0, 3 гн увеличился с 1, 1 до 2, 5 а. 6. взаимодействие каких величин описывает правило левой руки?
ответ Если принять ускорение свободного падения g = 10 м/с^2, то можно сразу же сказать, что мальчик падал до поверхности воды равно 1 секунду, поскольку высота, с которой он прыгнул, равна 5 метрам. Эту величину можно получить «строго научно» если использовать формулу для определения длины пройденного пути при равноускоренном движении. S = Vo*t + a*t^2/2. Но, поскольку начальная скорость мальчика в вертикальном направлении равнялась 0, то S = a*t^2/2. Для случая падения, когда ускорение равно g, путь S = g*t^2/2. Из этого выражения следует, что t^2 = 2S/g. Подставив известные величины, найдем, что t^2 = 2*5/10 = 1. Таким образом, показано, что время свободного падения с высоты 5 метров равно 1 секунде. Вертикальную скорость, какую за это время наберет мальчик, найдем по формуле Vв = g*t = 10*1 = 10 м/с. Горизонтальная составляющая полной скорости (Vг ) не меняется и равна 6 м/с
Вектор полной скорости в момент касания мальчиком воды найдем по теореме Пифагора Vп^2 = Vг^2 + Vв^2 = 6^2 + 10^2 = 136. И Vп = 11,66 м/с. Угол между вектором скорости и горизонтом будет равен arctg(Vв/Vг) = arctg(10/6) = 59,4 градуса