С какой скоростью начало тело двигаться вверх по наклонной плоскости, если на расстоянии 0,5 м от её основания тело было через 0,5 с и через 2,5 с от начала движения?
Решение по шагам
1) Модель
- Пусть движение вдоль наклонной плоскости идёт по одной оси s, вверх по плоскости положительно.
- Пусть тело стартует в момент t = 0 с начальной скоростью v0 вверх по плоскости и с постоянным ускорением a (вверх — положительно).
- Тогда закон движения: s(t) = v0 t + (1/2) a t^2.
2) Данные задачи
- Тело достигает точки на расстоянии s = 0,5 м от основания дважды: через t1 = 0,5 с и через t2 = 2,5 с от начала движения.
- Значит, для этих двух моментов выполнено:
0,5 = v0 · 0,5 + (1/2) a (0,5)^2
0,5 = v0 · 2,5 + (1/2) a (2,5)^2
3) Решение системы уравнений
Из первого уравнения:
0,5 = 0,5 v0 + 0,125 a
Умножим на 8: 4 = 4 v0 + a => a = 4 − 4 v0. (1)
Во втором уравнении:
0,5 = 2,5 v0 + 3,125 a
Умножим на 8: 4 = 20 v0 + 25 a. (2)
Подставим (1) в (2):
4 = 20 v0 + 25(4 − 4 v0) = 20 v0 + 100 − 100 v0 = 100 − 80 v0
=> 80 v0 = 96
=> v0 = 96/80 = 1,2 м/с.
Подставим v0 в (1):
a = 4 − 4·1,2 = 4 − 4,8 = −0,8 м/с².
4) Ответ
Начальная скорость тела в момент начала движения вверх по наклонной плоскости равна 1,2 м/с (вверх по плоскости).
Ускорение движения по той же оси равно −0,8 м/с² (то есть ускорение направлено вниз по плоскости, против движения).
Дополнительно (для ясности): максимальная пройденная высота по плоскости будет достигнута в момент t = −v0/a = 1,2/0,8 = 1,5 с, где s_max = v0·t + (1/2)a t^2 = 0,9 м.