Задача по физике с переменным ускорением. Ускорение стрелы, пущенной вертикально вверх со скоростью 40 м/с, меняется по закону ay=-Ae^(-bt), где A=14 м/с, b=0,1 с^(-1). Определить время подъема стрелы до верхней точки траектории. Построить график зависимости скорости от времени.
Для решения данной задачи нам необходимо определить уравнение движения стрелы по закону переменного ускорения.
Из уравнения движения для ускорения переменного по времени a(t) = v(t) dv/dx получаем:
m dv/dt = -Ae^(-bt)
dv/dt = -Ae^(-bt)/m
Интегрируя это уравнение, получаем:
v(t) = A*b(e^(-bt) - 1)/m
v(0) = 40 m/s
40 = A*b(1 - 1)/m
m = 14/0.1 = 140 кг
Теперь найдем время T, которое стрела поднимется на верхнюю точку траектории. Для этого найдем, когда скорость стрелы достигнет нуля:
0 = 140.1(e^(-0.1T) - 1)/140
e^(-0.1T) - 1 = 0
e^(-0.1T) = 1
-0.1T = 0
T = 0 s
Таким образом, стрела поднимется на верхнюю точку траектории за нулевое время.
Теперь построим график зависимости скорости от времени:
import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt A = 14 b = 0.1 m = 140 def v(t): return A*b*(np.exp(-b*t) - 1) / m t = np.linspace(0, 10, 100) v_t = v(t) plt.plot(t, v_t) plt.xlabel("Время, с") plt.ylabel("Скорость, м/с") plt.title("График зависимости скорости от времени") plt.show()
На графике мы увидим, как скорость стрелы меняется со временем в соответствии с законом переменного ускорения.
Для решения данной задачи нам необходимо определить уравнение движения стрелы по закону переменного ускорения.
Из уравнения движения для ускорения переменного по времени a(t) = v(t) dv/dx получаем:
m dv/dt = -Ae^(-bt)
dv/dt = -Ae^(-bt)/m
Интегрируя это уравнение, получаем:
v(t) = A*b(e^(-bt) - 1)/m
v(0) = 40 m/s
40 = A*b(1 - 1)/m
m = 14/0.1 = 140 кг
Теперь найдем время T, которое стрела поднимется на верхнюю точку траектории. Для этого найдем, когда скорость стрелы достигнет нуля:
0 = 140.1(e^(-0.1T) - 1)/140
e^(-0.1T) - 1 = 0
e^(-0.1T) = 1
-0.1T = 0
T = 0 s
Таким образом, стрела поднимется на верхнюю точку траектории за нулевое время.
Теперь построим график зависимости скорости от времени:
import numpy as npimport matplotlib.pyplot as plt
A = 14
b = 0.1
m = 140
def v(t):
return A*b*(np.exp(-b*t) - 1) / m
t = np.linspace(0, 10, 100)
v_t = v(t)
plt.plot(t, v_t)
plt.xlabel("Время, с")
plt.ylabel("Скорость, м/с")
plt.title("График зависимости скорости от времени")
plt.show()
На графике мы увидим, как скорость стрелы меняется со временем в соответствии с законом переменного ускорения.