Шарик толкнули снизу вверх по наклонному жёлобу. У флажка, установленного на расстоянии 30 см от нижнего края жёлоба, шарик побывал через 1 с и через 3 с после толчка. Чему равен пройденный шариком путь к моменту, когда он вернулся в начальную точку? Шарик движется вверх и вниз по жёлобу с одинаковым по модулю ускорением.
Напиши пожалуйста дано решение оформи все для того чтобы переписать в тетрадь
Дано
- Шарик толкнули снизу вверх по наклонному желобу. Флажок установлен на расстоянии L = 0,30 м от нижнего края.
- Шарик побывал на флажке через t1 = 1 с и через t2 = 3 с после толчка.
- Ускорение по модулю одинаковое (постоянное) вдоль желоба.
Найти
- пройденный шариком путь к моменту, когда он вернется в начальную точку (нижний край желоба).
Решение
1) Введём координату x вдоль желоба, считая вверх от нижнего края. Пусть скорость в момент толчка равна v0, ускорение along желоба равно a (для движения вверх a отрицательно: a = -|a|).
2) Положение как функция времени при постоянном ускорении:
x(t) = v0 t + (1/2) a t^2.
3) Дано условия на прохождение флажка:
x(1) = L и x(3) = L.
Получаем систему:
- v0 + (1/2) a = L
- 3 v0 + (9/2) a = L
Вычитанием: 2 v0 + 4 a = 0, следовательно v0 = -2 a.
Подставим в первое уравнение:
-2 a + (1/2) a = L => -(3/2) a = L => a = - (2/3) L.
Подставив L = 0,30 м, получаем:
a = -0,20 м/с^2 (модуля равен 0,20 м/с^2).
v0 = -2 a = 0,40 м/с.
4) Время до максимума (когда скорость обращается в ноль):
v(t) = v0 + a t = 0 при t = t_turn = -v0 / a = -0,40 / (-0,20) = 2,0 с.
5) Максимальная позиция (на каком расстоянии шарик достигнет за вершиной траектории):
x_max = v0 t_turn + (1/2) a t_turn^2
= 0,40 · 2,0 + 0,5 · (-0,20) · (2,0)^2
= 0,80 - 0,40
= 0,40 м.
6) Время возвращения в начальную точку (где x = 0):
0 = v0 t + (1/2) a t^2
t [ v0 + (1/2) a t ] = 0 => t = 0 или t = -2 v0 / a.
=> t_return = -2 v0 / a = -2 · 0,40 / (-0,20) = 4,0 с.
7) Пройденный путь за всё время до возвращения в начальную точку:
шарик сначала движется вверх до x_max = 0,40 м, затем возвращается обратно до x = 0.
Суммарный пройденный путь S = x_max + x_max = 2 x_max = 0,40 м + 0,40 м = 0,80 м.
8) Дополнительно можно привести проверку через формулу S = v0^2 / |a|:
v0^2 / |a| = (0,40)^2 / 0,20 = 0,16 / 0,20 = 0,80 м, что совпадает.
Ответ
0,80 м
Кратко вывод
- начальная скорость v0 = 0,40 м/с
- ускорение a = -0,20 м/с^2
- шарик достигает максимума на 0,40 м от нижнего края через 2,0 с
- возвращается в начальную точку через 4,0 с
- пройденный путь до момента возвращения = 0,80 м