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

зад_механ

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
12.05.2015
Размер:
513.09 Кб
Скачать

18 (1.60). Колесо радиусом R = 0,1 м вращается так, что зависимость угла поворота радиуса колеса от времени даётся уравнением

ϕ = A + Bt + Ct 3 , где B = 2 рад/с и C = 1 рад/с3. Для точек, лежащих на ободе колеса, найти через время t = 2 с после начала движения: а) угловую скорость ω; б) линейную скорость υ; в) угловое ускорение ε, д) тангенциальное aτ и нормальное an ускорения.

19 (1.61). Колесо радиусом R = 5 см вращается так, что зависимость угла поворота радиуса колеса от времени даётся уравнением

ϕ= A + Bt +Ct2 + Dt3 , где D = 1 рад/с3. Для точек, лежащих на ободе колеса,

найти изменение тангенциального ускорения aτ за единицу времени.

20 (1.63). Колесо вращается так, что зависимость угла поворота радиуса колеса от времени даётся уравнением ϕ= A + Bt +Ct 2 + Dt3 , где B = 1 рад/с, C = 1 рад/с2 и D = 1 рад/с3. Найти радиус R колеса, если известно, что к концу второй секунды движения для точек, лежащих на ободе колеса, нормальное ускорение an =3,46 102 м/с2

§3. ДИНАМИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

1(2.1). Какой массы m балласт надо сбросить с равномерно опускающегося аэростата, чтобы он начал равномерно подниматься с той же скоростью? Масса аэростата с балластом M = 1600 кг, подъёмная сила аэ-

ростата F = 12 кН. Считать силу сопротивления Fсопр воздуха одной и той же при подъёме и при спуске.

2(2.3). Стальная проволока некоторого диаметра выдерживает силу натяжения T = 4,4 кН. С каким наибольшим ускорением a можно поднимать груз массой m = 400 кг, подвешенный на этой проволоке, чтобы она не разорвалась?

3(2.5). К нити подвешена гиря. Если поднимать гирю с ускорением a1 = 2 м/с2, то сила натяжения нити T1 будет вдвое меньше той силы натяжения T2 при которой нить разрывается. С каким ускорением a2 надо поднимать гирю, чтобы нить разорвалась?

4(2.6). Автомобиль массой m = 1020 кг, двигаясь равнозамедленно,

останавливается через время t = 5 с, пройдя путь s = 25 м. Найти начальную скорость υ0 автомобиля и силу торможения F.

5(2.7). Поезд массой m = 500 т, двигаясь равнозамедленно в течение времени t = 1 мин уменьшает свою скорость от υ1 = 40 км/ч до υ2 = 28 км/ч. Найти силу торможения F.

6(2.9). Какую силу F надо приложить к вагону, стоящему на рельсах, чтобы вагон стал двигаться равноускоренно и за время t = 30 с прошёл путь s = 11 м? Масса вагона m = 16 т. Во время движения на вагон действует сила трения Fтр, равная 0,05 действующей на него силы тяжести mg.

11

7 (2.11). Вагон массой m = 20 т движется равнозамедленно, имея начальную скорость υ0 = 54 км/ч и ускорение a = – 0,3 м/с2. Какая сила торможения действует на вагон? Через какое время t вагон остановится? Какое расстояние s вагон пройдёт до остановки?

8 (2.12). Тело массой m = 0,5 кг движется прямолинейно, причём зависимость пройденного телом пути s от времени t даётся уравнением s = A Bt +Ct2 Dt3 , где C = 5 м/с2 и D = 1 м/с3. Найти силу F, действующую на тело в конце первой секунды движения.

9 (2.14). Тело массой m = 0,5 кг движется так, что зависимость перемещения s от времени даётся уравнением s = A sin ωt, где A = 5 см и ω = π рад/с. Найти силу F, действующую на тело через время 1/6 с после начала движения.

10 (2.15). Молекула массой m = 4,65 1026 кг, летящая по нормали к стенке сосуда со скоростью υ = 600 м/с, ударяется о стенку и упруго отскакивает от неё без потери скорости. Найти импульс силы F t, полученный стенкой за время удара.

11 (2.16). Молекула массой m = 4.65 1026 кг, летящая со скоростью υ = 600 м/с, ударяется о стенку сосуда под углом α = 60° к нормали и упруго отскакивает от неё без потери скорости. Найти импульс силы F t полученный стенкой за время удара.

12 (2.19). Трамвай, трогаясь с места, движется с ускорением a = 0,5 м/с2. Через время t = 12 с после начала движения мотoр выключается и трамвай движется до остановки равнозамедленно. Коэффициент трения на всем пути k = 0,01. Найти наибольшую скорость и время t движения трамвая. Каково его ускорение a при равнозамедленном движении? Какое расстояние s пройдёт трамвай за время движения?

13 (2.20). На автомобиль массой m = 1 т во время движения действует сила трения Fтр, равная 0,1 действующей на него силы тяжести mg. Какова должна быть сила тяги F, развиваемая мотором автомобиля, чтобы автомобиль двигался а) равномерно; б) с ускорением a = 2 м/с2?

14 (2.22). Шар на нити подвешен к потолку трамвайного вагона. Вагон

тормозится, и

его скорость за время t = 3 с равномерно уменьшается от

υ1

= 18 км/чдо

υ2 = 6 км/ч. Накакойуголαотклонитсяприэтомнитьсшаром?

 

15 (2.23). Вагон тормозится, и его скорость за время t = 3,3 с равно-

мерно уменьшается от υ1 = 47,5 км/ч до υ2 = 30 км/ч. Каким должен быть предельный коэффициент трения k между чемоданом и полкой, чтобы чемодан при торможении начал скользить по полке?

16 (2.25). На автомобиль массой m = 1 т во время движения действует сила трения Fтр, равная 0,1 действующей на него силы тяжести mg. Найти силу тяги F, развиваемую мотором автомобиля, если автомобиль движется с постоянной скоростью: а) в гору с уклоном 1 м на каждые 25 м пути; б) под гору с тем же уклоном.

17 (2.26). На автомобиль массой m = 1 т во время движения действует сила трения Fтр, равная 0,1 действующей на него силы тяжести mg. Найти силу тяги F, развиваемую мотором автомобиля, если автомобиль движется с ускорением a = 1 м/с2 в гору с уклоном 1 м на каждые 25 м пути.

12

18 (2.30). Две гири с массами m1 = 2 кг и m2 = 1 кг cоединены нитью и перекинуты через невесомый блок. Найти ускорение a, с которым движутся

гири, и силу натяжения нити T. Трением в блоке пренебречь.

 

 

 

 

 

19 (2.31). Невесомый блок укреплён на конце сто-

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

ла. Гири 1 и 2 одинаковой массы m1 = m2 = 1 кг соедине-

 

 

 

ны нитью и перекинуты через блок. Коэффициент трения

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

гири 2 о стол k = 0,1. Найти ускорение a, с которым дви-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

жутся гири, и силу натяжения нити T. Трением в блоке и массой блока пренебречь.

§4. ДИНАМИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

1(2.97). Ведёрко с водой, привязанное к веревке длиной l = 60 см,

равномерно вращается в вертикальной плоскости. Найти наименьшую скорость υ вращения ведерка, при которой в высшей точке вода из него не выливается. Какова сила натяжения веревки T при этой скорости в высшей

инизшей точках окружности? Масса ведёрка с водой m = 2 кг.

2(2.98). Камень, привязанный к верёвке длиной l = 50 см, равномерно вращается в вертикальной плоскости. При какой частоте вращения n верёвка разорвётся, если известно, что она разрывается при силе натяжения, равной десятикратной силе тяжести, действующей на камень?

3(2.99). Камень, привязанный к верёвке, равномерно вращается в вертикальной плоскости. Найти массу m камня, если известно, что разность ме-

жду максимальной и минимальной силами натяжения верёвки

T = 10 Н.

4 (2.100). Гирька, привязанная к нити длиной l = 30 см, описывает в

горизонтальной плоскости окружность радиусом R = 15 см. С какой часто-

той n вращается гирька?

массой m = 50

г, привязанная к

нити

длиной

5 (2.101). Гирька

l = 25 см, описывает в

горизонтальной

плоскости окружность.

Частота

вращения гирьки n = 2 об/с. Найти силу натяжения нити T.

6 (2.102). Диск вращается вокруг вертикальной оси с частотой n = 30 об/мин. На расстоянии r = 20 см от оси вращения на диске лежит тело. Каким должен быть коэффициент трения k между телом и диском, чтобы тело не скатилось с диска?

7 (2.103). Самолёт, летящий со скоростью υ = 900 км/ч, делает "мёртвую петлю". Каким должен быть радиус "мёртвой петли" R, чтобы наибольшая сила F, прижимающая лётчика к сидению, была равна: а) пятикратной силе тяжести, действующей на лётчика; б) десятикратной силе тяжести, действующей на лётчика?

8 (2.104). Мотоциклист едет по горизонтальной дороге со скоростью υ = 72 км/ч, делая поворот радиусом R = 100 м. На какой угол при этом он должен наклониться, чтобы не упасть при повороте?

9 (2.105). К потолку трамвайного вагона подвешен на нити шар. Вагон едет со скоростью υ = 9 км/ч по закруглению радиусом R = 36,4 м. На какой угол α отклонится при этом нить с шаром?

13

10(2.109). Мальчик массой m = 45 кг вращается на "гигантских шагах" с частотой n = 16 об/мин. Длина канатов "гигантских шагов" l = 5 м. Какой угол с вертикалью составляют канаты "гигантских шагов"? Каковы сила натяжения канатов T и скорость υ вращения мальчика?

11 (2.111). Груз массой m, подвешенный на невесомом стержне, отклоняют на угол α = 90° и отпускают. Найти силу натяжения T стержня в момент прохождения грузом положения равновесия.

12 (2.136). Космическая ракета летит на Луну. В какой точке прямой, соединяющей центры масс Луны и Земли, ракета будет притягиваться Землей и Луной с одинаковой силой?

13(2.139). Найти первую космическую скорость, т.е. скорость, которую надо сообщить телу у поверхности Земли, чтобы оно начало двигаться вокруг Земли по круговой орбите в качестве её спутника.

14 (2.143). С какой линейной скоростью υ будет двигаться искусственный спутник Земли по круговой орбите: а) у поверхности Земли; б) на высоте h = 200 км и h = 7000 км от поверхности Земли? Найти период обращения T спутника Земли при этих условиях.

15 (2.145). Найти центростремительное ускорение an, с которым движется по круговой орбите искусственный спутник Земли, находящийся на высоте h = 200 км от поверхности Земли.

16 (2.148). Искусственный спутник Луны движется по круговой орбите на высоте h = 20 км от поверхности Луны. Найти линейную скорость движения этого спутника, а также период его обращения вокруг Луны.

17 (2.151). На какой высоте h от поверхности Земли ускорение свободного падения gh = 1 м/с2?

§5. РАБОТА И ЭНЕРГИЯ

1(2.36). При подъёме груза массой m = 2 кг на высоту h = 1 м сила F совершает работу А = 78,5 Дж. С каким ускорением a поднимается груз?

2(2.37). Самолёт поднимается и на высоте h = 5 км достигает скорости

υ= 360 км/ч. Во сколько раз работа A1, совершаемая при подъёме против силы тяжести, больше работы A2, идущей на увеличение скорости самолёта?

3(2.38). Какую работу A надо совершить, чтобы заставить движу-

щееся

тело массой

m = 2 кг: а) увеличить скорость от υ1 = 2 м/с до

υ2 = 5

м/с; б) остановиться при начальной скорости υ0 = 8 м/с?

4 (2.39). Мяч, летящий со скоростью υ1 = 15 м/с, отбрасывается уда-

ром ракетки в противоположном направлении со скоростью υ2 = 20 м/с.

Найти изменение импульса m v мяча, если известно, что изменение его

кинетической энергии

W = 8,75 Дж.

5 (2.40). Камень, пущенный по поверхности льда со скоростью

υ0 = 3

м/с, прошёл до остановки расстояние s = 20,4 м. Найти коэффициент

трения k камня о лёд.

14

6 (2.41). Вагон массой m = 20 т, двигаясь равнозамедленно с начальной скоростью υ0 = 54 км/ч, под действием силы трения Fтр = 6 кН через некоторое время останавливается. Найти работу Aтр сил трения и расстояние s, которое вагон пройдёт до остановки.

7 (2.42). Шофер автомобиля, имеющего массу m = 1 т, начинает тормозить на расстоянии s = 25 м от препятствия на дороге. Сила трения в тормозных колодках автомобиля Fтр = 3,84 кН. При какой предельной скорости υ движения автомобиль успеет остановиться перед препят-ствием? Трением колес о дорогу пренебречь.

8 (2.43). Трамвай движется с ускорением a = 49,0 см/с2. Найти коэффициент трения k, если известно, что 50% мощности мотора идёт на преодоление силы трения и 50% на увеличение скорости движения.

9 (2.44). Найти работу А, которую надо совершить, чтобы увеличить скорость движения тела массой m = 1 т от υ1 = 2 м/с до υ2 = 6 м/с на пути s = 10 м. На всём пути действует сила трения Fтр = 2 Н.

10 (2.45). На автомобиль массой m = 1 т во время движения действует силатренияFтр, равная0,1 действующейнанегосилытяжестиmg. Какуюмассуm бензина расходует двигатель автомобиля на то, чтобы на пути s = 0,5 км увеличить скорость движения автомобиля от υ1 = 10 км/чдо υ2 = 40 км/ч? К.п.д. двигателяη= 0,2, удельнаятеплотасгораниябензинаq = 46 МДж/кг.

11 (2.46). Какую массу m бензина расходует двигатель автомобиля на пути s = 100 км, если при мощности двигателя N = 11 кВт скорость его движения υ = 30 км/ч? К.п.д. двигателя η = 0,22, удельная теплота сгорания бензина q = 46 МДж/кг.

12 (2.50). Камень падает с некоторой высоты в течение времени t = 1,43 с. Найти кинетическуюWк и потенциальную Wр энергии камня в средней точке пути. Масса камня m = 2 кг.

13 (2.51). С башни высотой h = 25 м горизонтально брошен камень со скоростью υ0 = 15 м/с. Найти кинетическую Wк и потенциальнуюWр энергии камня через время t = 1 с после начала движения. Масса камня m = 0,2 кг.

14 (2.54). Тело массой m = 10 г движется по окружности радиусом R = 6,4 см. Найтитангенциальноеускорениеaτ тела, еслиизвестно, чтокконцувторого оборотапосленачаладвиженияегокинетическаяэнергияWк = 0,8 мДж.

15 (2.116). Найти работу А, которую надо совершить, чтобы сжать пружину на х = 20 см, если известно, что сила F пропорциональна сжатию х и жёсткость пружины k = 2,94 кН/м.

16 (2.121). С какой скоростью υ двигался вагон массой m = 20 т, если при ударе о стенку каждый буфер сжался на х = 10 см? Жёсткость пружины каждого буфера k = 1 МН/м.

17 (2.123). К нижнему концу пружины, подвешенной вертикально, присоединена другая пружина, к концу которой прикреплён груз. Жёсткости пружин равны k1 и k2 . Пренебрегая массой пружин по сравнению с массой груза, найти отношение Wр1/Wр2 потенциальных энергий этих пружин.

15

18 (2.133). Два медных шарика с диаметрами D1 = 4 см и D2 = 6 см находятся в соприкосновении друг с другом. Найти гравитационную потенциальную энергию Wр этой системы.

19 (2.152). Во сколько раз кинетическая энергия Wк искусственного спутника Земли, движущегося по круговой орбите, меньше его гравитационной потенциальной энергии Wр?

§6. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ

1(2.61). На рельсах стоит платформа массой т1 = 10 т. На платформе закреплено орудие массой m2 = 5 т, из которого производится выстрел вдоль рельсов. Масса снаряда m3 = 100 кг; его начальная скорость относительно орудия υ3 = 500 м/с. Найти скорость u платформы в первый момент после выстрела, если: а) платформа стояла неподвижно; б) платформа двигалась со скоростью υ = 18 км/ч и выстрел был произведен в направлении её движения; в) платформа двигалась со скоростью υ = 18 км/ч и выстрел был произведён в направлении, противоположном направлению её движения.

2(2.62). Из оружия массой m1 = 5 кг вылетает пуля массой m2 = 5 г со скоростью υ2 = 600 м/с. Найти скорость отдачи ружья.

3(2.63). Человек массой m1 = 60 кг, бегущий со скоростью υ1 = 8 км/ч, догоняет тележку массой m2 = 80 кг, движущуюся со скоростью υ2 = 2,9 км/ч,

ивскакивает на неё. С какой скоростью u будет двигаться тележка? С какой скоростью uбудет двигаться тележка, если человек бежал ей навстречу?

4(2.65). Граната, летящая со скоростью υ = 10 м/с, разорвалась на два осколка. Большой осколок, масса которого составляла 0,6 массы всей гранаты, продолжал двигаться в прежнем направлении, но с увеличенной скоростью u1 = 25 м/с. Найти скорость u2 меньшего осколка.

5(2.67). Конькобежец массой M = 70 кг, стоя на коньках на льду,

бросает в горизонтальном направлении камень массой m = 3 кг со скоростью υ = 8 м/с. На какое расстояние s откатится при этом конько-бежец, если коэффициент трения коньков о лёд k = 0,02?

6(2.69). Тело массой m1 = 2 кг движется навстречу второму телу массой m2 = 1,5 кг и неупруго соударяется с ним. Скорости тел непосредственно перед ударом были υ1 = 1 м/с и υ2 = 2 м/с. Какое время будут двигаться эти тела после удара, если коэффициент трения k = 0,05?

7(2.70). Автомат выпускает пули с частотой n = 600 мин-1. Масса каждой пули m = 4 г, её начальная скорость υ0 = 500 м/с. Найти среднюю силу отдачи F при стрельбе.

8(2.71). На рельсах стоит платформа массой m1 = 10 т. На платформе закреплено орудие массой m2 = 5 т, из которого производится выстрел вдоль рельсов. Масса снаряда m3 = 100 кг, его начальная скорость относительно орудия υ3 = 500 м/с. На какое расстояние s откатится платформа при выстреле, если а) платформа стояла неподвижно; б) платформа двигалась со

16

скоростью υ = 18 км/ч и выстрел был произведён в направлении её движения; в) платформа двигалась со скоростью υ = 18 км/ч и выстрел был произведён в направлении, противоположном направлению её движения. Коэффициент трения платформы о рельсы k = 0,002.

9 (2.72). Из орудия массой m = 5 т вылетает снаряд массой m = 100 кг. Кинетическая энергия снаряда при вылете Wk = 7,5 МДж. Какую кинетическую энергию получает орудие вследствие отдачи?

10 (2.73). Тело массой m1 = 2 кг движется со скоростью υ1 = 3 м/с и нагоняет тело массой m2 = 8 кг, движущееся со скоростью υ2 = 1 м/с. Считая удар центральным, найти скорости u1 и u2 тел после удара если удар: а) неупругий; б) упругий.

11 (2.75). Тело массой m = 3 кг движется со скоростью υ = 4 м/с и ударяется о неподвижное тело такой же массы. Считая удар центральным и неупругим, найти количество теплоты Q, выделившееся при ударе.

12 (2.76). Тело массой m1 = 5 кг ударяется о неподвижное тел массой m2 = 2,5 кг, которое после удара начинает двигаться с кинетической энер-

гией Wk/2 = 5 Дж. Считая удар центральным и упругим, найти кинети-

ческие энергии Wk1 и Wk/1 первого тела до и после удара.

13 (2.78). Два тела движутся навстречу друг другу и соударяются неупруго. Скорости тел до удара были υ1 = 2 м/с и υ2 = 4 м/с. Общая скорость тел после удара u = 1 м/с и по направлению совпадает с направлением скорости υ1. Во сколько раз кинетическая энергия Wk1 первого тела была больше кинетической энергии Wk 2 второго тела?

14 (2.79). Два шара с массами m1 = 0,2 кг и m2 = 0,1 кг подвешены на нитях одинаковой длины так, что они соприкасаются. Первый шар отклоняют на высоту h1 = 4,5 см и отпускают. На какую высоту h подни-мутся шары после удара, если удар: а) упругий; б) неупругий?

15 (2.80). Пуля, летящая горизонтально, попадает в шар, подвешенный на невесомом жёстком стержне и застревает в нём. Масса пули в 1000 раз меньше массы шара. Расстояние от центра шара до точки подвеса стержня l = 1 м. Найти скорость υ пули, если известно, что стержень с шаром отклонился от удара пули на угол α = 10°.

16 (2.82). Деревянныммолотком, массакоторогоm = 0,5 кг, ударяютонеподвижную стенку. Скорость молотка в момент удара υ= 1 м/с. Считая коэффициент восстановления при ударе молотка о стенку k = 0,5, найти количество теплоты Q, выделившееся при ударе. (Коэффициентом восстановления материала тела называ-

етсяотношениескоростителапослеударакегоскоростидоудара).

17 (2.84). Деревянный шарик массой m = 0,1 кг падает с высоты h1 = 2 м. Коэффициент восстановления при ударе шарика о пол 0,5. Найти высоту h2, на которую поднимается шарик после удара о пол, и количество теплоты Q, выделившееся при ударе.

18 (2.85). Пластмассовый шарик, падая с высоты h = 1 м, несколько раз отскакивает от пола. Найти коэффициент восстановления k при ударе

17

шарика о пол, если с момента падения до второго удара о пол прошло вре-

мя t = 1,3 с.

19 (2.89). Движущееся тело массой m1 ударяется о неподвижное тело массой m2. Считая удар неупругим и центральным, найти, какая часть кинетической

энергии Wk1 первого тела переходит при ударе в тепло. Задачу решить сначала в

общемвиде, азатемрассмотретьслучаи: а) m1 = m2; б) m1 = 9m2.

20 (2.92). Нейтрон (масса m0) ударяется о неподвижное ядро атома углерода (m = 12m0). Считая удар центральным и упругим, найти, во сколько раз уменьшится кинетическая энергия нейтрона при ударе.

§7. ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТВЁРДЫХ ТЕЛ

1(3.3). К ободу однородного диска радиусом R = 0,2 м приложена касательная сила F = 98,1 Н. При вращении на диск действует момент сил

трения Mтр = 4,9 Н м. Найти массу m диска, если известно, что диск враща-

ется с угловым ускорением ε = 100 рад/с2.

2 (3.4). Однородный стержень длиной l = 1 м и массой m = 0,5 кг вращается в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси, проходящей через середину стержня. С каким угловым ускорением ε вращается стержень, если на него действует момент сил М = 98,1 мН м?

3 (3.8). Маховик радиусом R = 0,2 м и массой m = 10 кг соединён с мотором при помощи приводного ремня. Сила натяжения ремня, идущего без скольжения, Т = 14,7 Н. Какую частоту вращения n будет иметь маховик через t = 10 с после начала движения? Маховик считать одно-родным диском. Трением пренебречь.

4 (3.11). На барабан массой m0 = 9 кг намотан шнур, к концу которого привязан груз массой m = 2 кг. Найти ускорение a груза. Барабан считать однородным цилиндром. Трением пренебречь.

5 (3.14). Две гири с разными массами соединены нитью, перекинутой через блок, момент инерции которого I = 50 кгм2 и радиус R = 20 см. Момент сил трения вращающегося блока Mтр= 98,1 Нм. Найти разность сил натяжения нити T1 T2 по обе стороны блока, если известно, что блок вращается с угловымускорениемε = 2,36 рад/с2. Блоксчитатьоднороднымдиском.

6 (3.17). Шар диаметром D = 6 см и массой m = 0,25 кг катится без скольжения по горизонтальной плоскости с частотой вращения n = 4 об/с. Найти кинетическую энергию Wк шара.

7 (3.18). Обруч и диск одинаковой массы m1 = m2 катятся без скольжения с одной и той же скоростью υ. Кинетическая энергия обруча Wk1 .

Найти кинетическую энергию Wk 2 диска.

8 (3.19). Шар массой m = 1 кг, катящийся без скольжения ударяется о стенку и откатывается от неё. Скорость шара до удара о стенку υ = 10 см/с, после удара u = 8 см/с. Найти количество теплоты Q, выделившееся при ударе шара о стенку.

18

9 (3.21). Диск диаметром D = 60 см и массой m = 1 кг вращается вокруг оси, проходящей через центр перпендикулярно к его плоскости, с частотой n = 20 об/с. Какую работу A надо совершить, чтобы остановить диск?

10 (3.22). Кинетическая энергия вала, вращающегося с частотой n = 5 об/с, Wк = 60 Дж. Найти момент импульса L вала.

11 (3.24). Мальчик катит обруч по горизонтальной дороге со скоростью υ = 7,2 км/ч. На какое расстояние s может вкатиться обруч на горку за счёт его кинетической энергии? Уклон горки равен 10 м на каждые 100 м пути.

12(3.30). Колесо, вращаясь равнозамедленно, уменьшило за время

t = 1 мин частоту вращения от n1 = 300 об/мин до n2 = 180 об/мин. Момент инерции колеса I = 2 кг м2. Найти угловое ускорение ε колеса, момент сил торможения M, работу сил торможения A и число оборотов N, сделанных колесом за время t = 1 мин.

13(3.31). Вентилятор вращается с частотой n = 900 об/мин. После выключения вентилятор, вращаясь равнозамедленно, сделал до остановки N = 75 об. Работа сил торможения A = 44,4 Дж. Найти момент инерции вентилятора и момент сил торможения М.

14(3.34). Маховое колесо начинает вращаться с угловым ускорением

ε= 0,5 рад/c2 и через время t1 = 15 с после начала движения приобретает момент импульса L = 73,5 кг м2/с. Найти кинетическую энергию Wk колеса через время t2 = 20 с после начала движения.

15(3.38). Однородныйстерженьдлинойl = 85 смподвешеннагоризонтальной оси, проходящей через верхний конец стержня. Какую скорость υ надо сообщить нижнемуконцустержня, чтобыонсделалполныйоборотвокругоси?

16(3.40). Горизонтальная платформа массой m = 100 кг вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через центр платформы, с частотой

n1 = 10 об/мин. Человек массой m = 60 кг стоит при этом на краю платформы. С какой частотoй n2 начнёт вращаться платформа, если человек перейдёт от края платформы к её центру? Считать платформу однородным диском, а человека — точечной массой.

17(3.42). Горизонтальная платформа массой m = 80 кг и радиусом R = 1 м

вращается с частотой n1 = 20 об/мин. В центре платформы стоит человек и держит в расставленных руках гири. С какой частотой n2 будет вращаться платформа, если человек, опустив руки, уменьшит свой момент инерции от I1 = 2,94 доI2 = 0,98 кгм2? Считатьплатформуоднороднымдиском.

18(3.45). Однородный стержень длиной l = 0,5 м совершает малые колебания в вертикальной плоскости около горизонтальной оси, проходящей через его верхний конец. Найти период колебания T стержня.

19(3.48). Обруч диаметром D = 56,5 см висит на гвозде, вбитом в стену, и совершает малые колебания в плоскости, параллельной стене. Найти период колебаний T обруча.

19

ОТВЕТЫ

§1. КИНЕМАТИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

1.υср = 53,3 км/ч. 2. 1) υ0 = 14,7 м/с, 2) h = 11 м. 3. 1) t = 2,9 c,

2) h1 = 4h = 40 м. 4. 1) 8,4 c 2) 7,3 c, 3) 7,8 c. 5. 1) h = 0,049 м, 2) h = 1,9 м. 6. 1) h = 56,6 м, 2) t = 3,4 c. 7. 1) a = 0,13 м/с2, 2) t = 3,6 мин.

8. 1) a = – 0,055 м/с2, 2) s = 566 м. 9. t = 30 c, s = 225 м. 10. t =

υ/ / υ/

, так

0

+ a

0

 

a

2

 

 

1

 

 

как t > 0, то υ" > υ'. 11. 1) υ = 2 - 6t +12t2, м/с , a = – 6 + 24t, м/с2, 2) s = 24 м, υ = 38 м/с, a = 42 м/с2. 12. t = 12 c, , aср = 0,64 м/с2.

13.1) t = 2,26 c, 2) sx = 33,9 м, 3) υy = 22,1 м/с, υ = 26,7 м/с, 4) ϕ = 55°48

14.1) h = 1,22 м, 2) υ0 = 10 м/с,

3) υ = 11,1 м/с, 4) ϕ = 26°12'. 15. 1) υ0 = 11,1 м/с, 2) ϕ = 68°12'.

16. υ0 = 4,4 м/с. 17. 1) s y = 2,1 м, 2) sx = 10 м, 3) t = 1,3 c. 18. s = 16,23 м.

19. h = 7,35 м. 20. 1) Удар мяча о стенку происходит при подъёме мяча, 2) y = 2,12 м, 3) υ = 7,6 м/с.

§2. КИНЕМАТИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

1.1) 7,26 10–5 рад/с, 2) 14,5 10–5 рад/с, 3) 1,74 10–5 рад/с, 4) 1,19 10–3 рад/с,

5)7,8 км/с. 2. υ = 400 м/с. 3. R = 8,33 cм. 4. ε = 3,18 рад/с2. 5. ε = 1,26 рад/с2,

N = 360 об. 6. ε = – 0,21 рад/с2, N = 240 об. 7. t = 10 c.

 

м/с2.

8.

t = 6,28 c, N = 9,4 об. 9. 1) t = 2 c, 2) t = 2,8

c. 10. aτ = 0,1

11. an = 0,01 м/с2. 12. ω = 4,4 1016 рад/с, an = 9,7 1022 м/с2.

 

13.

ω = 3,14 рад/с, 2) υ = 0,314 м/с, 3) aτ = 0,314 м/с2, 4) an = 0,986 м/с2,

5) a = 1,03 м/с2,

6) ϕ = 17°

46. 14. an =

4,5

м/с2, a = 0,06

м/с2.

15.

υ = 4 м/с, aτ =

2 м/с2, an = 2

м/с2, a = 2,83

м/с2.

16. ε = 0,43 рад/с2.

17.

R = 6,1 см. 18. 1) ω = 14 рад/с, 2) υ = 1,4 м/с, 3) ε = 12 рад/с2

 

4)aτ = 1,2 м/с2, 5) an = 19,6 м/с2. 19. aτ = 0,3 м/с2. 20. R = 1,2 м.

§3. ДИНАМИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

1.

m = 800 кг. 2. a = 1 м/с2. 3. a2 = 13,8 м/с2. 4. υ0 = 10 м/с, F = 2,04 Н.

5.

F = 2,75 кН. 6. F = 8,4 кН. 7. 1) F = 6 кН, 2) через 50 с, 3) s = 375 м.

8.

F = 2 Н. 9. F = 0,123 Н. 10. F t = 5,6 10–23 Н с. 11. F t = 2,8 10–23 Н с.

12. a2 = 0,1 м/с2, υmax = 6 м/с, t = 72 c, s = 216 м. 13. а) F = 1 кН,

б) F = 3 кН. 14. α = 6° . 15. k = 0,15. 16. а) F = 1,4 кН, б) F = 596 Н. 17. F = 2,4 кН. 18. a = 3,3 м/с2, T = 13,3 Н. 19. a = 4,5 м/с2, T = 5,5 Н.

20