Задача решается без трения по наклонной плоскости (лягкая модель: сила сопротивления отсутствует). Пусть положительное направление вдоль наклона вверх по плоскости.
Дано:
- масса m = 2 кг
- угол наклона α = 50°, sin α ≈ 0.7660
- сила, действующая вдоль наклона вверх: F(t) = B t, где B = 0.5 Н/с
- g = 10 м/с²
- начальное условие: в момент t = 0 блок покоя, т.е. v(0) = 0
- Пр component силы вдоль наклона
- компонент гравитации вдоль плоскости вниз по движению: m g sin α
- идущая вверх сила F(t) = B t
Уравнение движения m dv/dt = F(t) - m g sin α = B t - m g sin α
Интегрируем dv/dt = (B/m) t - g sin α v(t) = (B/(2m)) t² - g sin α · t + C
Используем начальное условие v(0) = 0 → C = 0. Значит: v(t) = (B/(2m)) t² - g sin α · t
- Время, когда скорость становится нулевой Чтобы найти момент остановки (поворот направления), решим v(t) = 0, кроме тривиального t = 0: ( B/(2m) ) t² - g sin α · t = 0 t [ (B/(2m)) t - g sin α ] = 0
Следовательно, непустое решение: t Stop = (2 m g sin α) / B
- Числовой расчет
- g sin α = 10 · sin 50° ≈ 10 · 0.7660 ≈ 7.660 м/с²
- m g sin α = 2 · 7.660 ≈ 15.3208 Н
- 2 m g sin α = 30.6416
- B = 0.5 Н/с
t Stop = 30.6416 / 0.5 ≈ 61.28 с
Ответ: блок остановится примерно через 61 секунд после начала движения (после этого он начнет двигаться вверх под действием возрастающей силы F(t)).
Дополнительная примечание: момент, когда ускорение становится нулём, t1 = (m g sin α)/B ≈ 15.3208 / 0.5 ≈ 30.64 с. До t1 ускорение действует вниз, после t1 — вверх, и именно к моменту t Stop скорость снова становится нулевой.