Сверь числа и знаки с фото.
УПРАЖНЕНИЕ 12
Определите силу, под действием которой велосипедист скатывается с горки с ускорением, равным 0,8 м/с², если масса велосипедиста вместе с велосипедом равна 50 кг.
Через 20 с после начала движения электровоз развил скорость 4 м/с. Найдите силу, сообщающую ему ускорение, если масса электровоза равна 184 т.
Два тела равной массы движутся с ускорениями 0,08 и 0,64 м/с² соответственно. Равны ли модули действующих на тела сил? Чему равна сила, действующая на второе тело, если на первое действует сила 1,2 Н?
С каким ускорением будет всплывать находящийся под водой мяч массой 0,5 кг, если действующая на него сила тяжести равна 5 Н, архимедова сила — 10 Н, а средняя сила сопротивления движению — 2 Н?
Найдите ускорение тела массой 200 г, на которое действуют две силы, как показано на рисунке 34.
Рис. 34. [Рисунок: оси координат; из начала координат вертикально вверх направлен вектор \(\vec{F}_1\), горизонтально вправо — вектор \(\vec{F}_2\); векторы перпендикулярны. Над вектором \(\vec{F}_1\) показан масштабный отрезок с подписью «1 Н»]
Краткое ответ (упражнение 12)
| № | Ответ |
|---|---|
| 1 | \(F = 40\ \text{Н}\) |
| 2 | \(F = 36{,}8\ \text{кН}\) (36 800 Н) |
| 3 | Нет, не равны (в 8 раз отличаются); на второе тело действует \(9{,}6\ \text{Н}\) |
| 4 | \(a = 6\ \text{м/с}^2\), направлено вверх |
| 5 | \(a \approx 18\ \text{м/с}^2\) (при \(F_1 = 2\ \text{Н}\), \(F_2 = 3\ \text{Н}\)) |
Главная идея
Во всех задачах работает второй закон Ньютона:
\[ \vec{F}_{\text{равнод}} = m\vec{a} \]
где \(\vec{F}_{\text{равнод}}\) — равнодействующая всех сил, а не какая-то одна сила. Поэтому в каждой задаче сначала ищем равнодействующую, а потом ускорение (или наоборот).
1. Велосипедист с горки
Дано: \(m = 50\ \text{кг}\), \(a = 0{,}8\ \text{м/с}^2\).
\[ F = ma = 50 \cdot 0{,}8 = 40\ \text{Н} \]
Это скатывающая составляющая силы тяжести — она и разгоняет велосипедиста.
2. Электровоз
Дано: \(t = 20\ \text{с}\), \(v_0 = 0\), \(v = 4\ \text{м/с}\), \(m = 184\ \text{т} = 1{,}84\cdot10^5\ \text{кг}\).
Сначала ускорение, потом сила:
\[ a = \frac{v - v_0}{t} = \frac{4}{20} = 0{,}2\ \text{м/с}^2 \]
\[ F = 1{,}84\cdot10^5 \cdot 0{,}2 = 3{,}68\cdot10^4\ \text{Н} \approx 37\ \text{кН} \]
3. Два тела равной массы
Массы одинаковы, значит силы относятся так же, как ускорения:
\[ \frac{F_2}{F_1} = \frac{a_2}{a_1} = \frac{0{,}64}{0{,}08} = 8 \]
Силы не равны. Массу находим по первому телу:
\[ m = \frac{F_1}{a_1} = \frac{1{,}2}{0{,}08} = 15\ \text{кг} \]
\[ F_2 = ma_2 = 15 \cdot 0{,}64 = 9{,}6\ \text{Н} \]
4. Всплывающий мяч
Силы по вертикали: архимедова вверх, тяжесть и сопротивление — вниз.
\[ R = F_{\text{арх}} - F_{\text{тяж}} - F_{\text{сопр}} = 10 - 5 - 2 = 3\ \text{Н} \]
\[ a = \frac{R}{m} = \frac{3}{0{,}5} = 6\ \text{м/с}^2 \]
Ускорение сонаправлено с равнодействующей, то есть направлено вверх.
5. Две перпендикулярные силы
Векторы \(\vec{F}_1\) и \(\vec{F}_2\) на рисунке 34 перпендикулярны, поэтому равнодействующую считаем по теореме Пифагора:
\[ R = \sqrt{F_1^2 + F_2^2} \]
Модули сил берём по масштабу (отрезок «1 Н» рядом с рисунком). По рисунку получается \(F_1 \approx 2\ \text{Н}\), \(F_2 \approx 3\ \text{Н}\):
\[ R = \sqrt{2^2 + 3^2} = \sqrt{13} \approx 3{,}6\ \text{Н} \]
\[ a = \frac{R}{m} = \frac{3{,}6}{0{,}2} \approx 18\ \text{м/с}^2 \]
Если у тебя при измерении получатся другие числа — просто подставь их в эти же две формулы.
Проверка
- Размерности: \(\text{кг}\cdot\text{м/с}^2 = \text{Н}\) — всё сходится.
- №3: \(a_2 = 8a_1\) при равных массах \(\Rightarrow\) \(F_2 = 8F_1 = 8\cdot1{,}2 = 9{,}6\ \text{Н}\) ✓
- №4: \(mg = 0{,}5\cdot10 = 5\ \text{Н}\) совпадает с условием ✓
- №5: ускорение направлено по диагонали, вдоль равнодействующей.
Задачи 2 и 3* над упражнением — из предыдущего параграфа, их я не разбирал.