Автомобиль массой 10 т движется под углом по дороге, составляющей с горизонтом угол равный 30. Найти работу силы тяжести на пути 100 м

Опытное обоснование основных положений МКТ:
Молекулярно-кинетическая теория - учение о строении и свойствах вещества, использующее представление о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества. В основе МКТ лежат три строго доказанных с опытов утверждения:
* Вещество состоит из частиц - атомов и молекул, между которыми существуют промежутки;
* Эти частицы находятся в хаотическом движении, на скорость которого влияет температура;
* Частицы взаимодействуют друг с другом.
То, что вещество действительно состоит из молекул, можно доказать, определив их размеры: Капля масла расплывается по поверхности воды, образуя слой, толщина которого равна диаметру молекулы. Капля объемом 1 мм3 не может расплыться больше, чем на 0,6 м2:

Существуют также другие доказательства существования молекул, но перечислять их нет необходимости: современные приборы (электронный микроскоп, ионный проектор) позволяют видеть отдельные атомы и молекулы.
Силы взаимодействия молекул. а) взаимодействие имеет электромагнитный характер; б) силы короткодействующие, обнаруживаются на расстояниях, сопоставимых с размерами молекул; в) существует такое расстояние, когда силы притяжения и отталкивания равны (R0), если R>R0, тогда преобладают силы притяжения, если R<R0 - силы отталкивания.
Действие сил молекулярного притяжения обнаруживается в опыте со свинцовыми цилиндрами, слипающимися после очистки их поверхностей.
Молекулы и атомы в твердом теле совершают беспорядочные колебания относительно положений, в которых силы притяжения и отталкивания со стороны соседних атомов уравновешены. В жидкости молекулы не только колеблются около положения равновесия, но и совершают перескоки из одного положения равновесия в соседнее, эти перескоки молекул являются причиной текучести жидкости, ее принимать форму сосуда. В газах обычно расстояния между атомами и молекулами в среднем значительно больше размеров молекул; силы отталкивания на больших расстояниях не действуют, поэтому газы легко сжимаются; практически отсутствуют между молекулами газа и силы притяжения, поэтому газы обладают свойством неограниченно расширяться.

ПЕРВЫЙ

Рассмотрим обычную гуковскую пружину длины        и жёсткостью        деформацию которой обозначим, как        Тогда возникающая сила упругости при её деформации будет выражаться обычным законом Гука:



Рассмотрим некоторое состояние [1] :    
и некоторое состояние [2] :    

При вычитании этих уравнений получим, что для двух любых состояний верно, что:





Т.е. изменение силы действующей со стороны любой гуковской пружины пропорционально изменению её деформации с противоположным знаком, через её собственную жёсткость.

В нашем случае, в состоянии равновесия        – все силы, действующие на груз, взаимно скомпенсированы. При изменении положения груза на        (т.е. вверх), растяжение нижней пружины (down) увеличится, а значит её сила, действующая на груз вниз – тоже увеличится по модулю. В проективном виде это изменение выразится, как:

   – это символизирует увеличение отрицательной (направленной вниз) величины силы нижней пружины.

В то же время, при изменении положения груза на        (вверх), растяжение верхней пружины (up) уменьшится, а значит её сила, действующая на груз вверх – тоже уменьшится по модулю. В проективном виде это изменение выразится, как:

   – это символизирует уменьшение  положительной (направленной вверх) величины силы верхней пружины.

Общее изменение силы составит (сила тяжести не изменится):



При этом, поскольку в начальном состоянии действие всех сил было скомпенсировано, т.е. равнодействующая была равна нулю, то, стало быть, при смещении груза на        общая сила, действующая со стороны системы пружин – будет как раз и равна изменению действующих сил:


(рассуждения для отрицательного смещения производятся аналогично)

А такая зависимость силы от смещения – эквивалентна системе груза и одной пружины с жёсткостью, равной сумме исходных жёсткостей. Стало быть:

   где        –  масса шарика.



ВТОРОЙ

Пусть начальные растяжения пружин:       (нижней), и       (верхней). При этом положим вертикальное положение груза        Ось        направлена вверх.

Запишем закон сохранения энергии для произвольного положения груза:



Продифференцируем уравнение по времени:







Заметим, что в начальном положении, действие всех сил скомпенсировано:


(сила только верхней пружины положительна, т.к. направлена вверх)

Итак:



А такая зависимость силы от смещения – эквивалентна системе груза и одной пружины с жёсткостью, равной сумме исходных жёсткостей. Стало быть:

   где        –  масса шарика.



ТРЕТИЙ

Зафиксируем груз. Демонтируем нижнюю пружину. Прикрепим нижнюю пружину тоже свреху (!) груза, закрепив её на таком вертикальном расстоянии от груза, чтобы при отпускании груза – он остался бы в равновесии.

Сборка окажется эквивалентной, поскольку изначально верхняя пружина будет работать, как прежде. А перемещённая пружина при поднятии груза будет толкать груз вниз с таким же коэффициентом упругости, с которым она тянула бы его вниз, будучи снизу. С противоположным смещением – то же самое.

Обе пружины при такой эквивалентной сборке будут работать в параллельном режиме, как хорошо известно, с суммарной жёсткостью:

Итак:



   где        –  масса шарика.



ЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЁТ :::

  Н/см     Н     см     Н     м     Н/м ;

  Н/см     Н     см     Н     м     Н/м ;

Допустим, масса шарика равна 1 кг. Тогда:

  сек ;

   Гц .