Физика решите пж 4. Уравнение движения материальной точки задано Х=15-10t+0,4t2. Масса такой точки равна 4 кг. Найдите импульс через 3 секунды. Найдите силу, вызвавшую такое ускорение и силу, вызвавшую такой импульс. Сравните эти силы.
Импульс p p p определяется как: p=mv p = mv p=mv
где m m m — масса, v v v — скорость.
Подставляем значение массы и скорости: p=4 кг⋅(−7,6 м/с)=−30,4 кг⋅м/с p = 4 \, \text{кг} \cdot (-7,6 \, \text{м/с}) = -30,4 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} p=4кг⋅(−7,6м/с)=−30,4кг⋅м/с
Найдем ускорение точки.
Ускорение a(t) a(t) a(t) – это производная от скорости: a(t)=dVdt=0,8 a(t) = \frac{dV}{dt} = 0,8 a(t)=dtdV=0,8
Это постоянное значение ускорения, так как не зависит от времени.
Найдём силу, вызвавшую такое ускорение.
Сила F F F определяется как: F=ma F = ma F=ma
Подставляем массу и ускорение: F=4 кг⋅0,8 м/с2=3,2 Н F = 4 \, \text{кг} \cdot 0,8 \, \text{м/с}^2 = 3,2 \, \text{Н} F=4кг⋅0,8м/с2=3,2Н
Найдем силу, вызвавшую такой импульс.
Сила также может быть определена через изменение импульса. Изменение импульса: Δp=p−p0 \Delta p = p - p_0 Δp=p−p0
где p0 p_0 p0 — первоначальный импульс. Предположим, что первоначальный импульс равен нулю вначаледвиженияв начале движениявначаледвижения.
Сила связана с изменением импульса: F=ΔpΔt F = \frac{\Delta p}{\Delta t} F=ΔtΔp
Подставляем Δp \Delta p Δp и Δt=3 \Delta t = 3 Δt=3 с: F=−30,4 кг⋅м/с3 с=−10,13 Н F = \frac{-30,4 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}}{3 \, \text{с}} = -10,13 \, \text{Н} F=3с−30,4кг⋅м/с=−10,13Н
Сравним силы.Сила, вызвавшая ускорение: 3,2 Н 3,2 \, \text{Н} 3,2НСила, вызвавшая изменение импульса: −10,13 Н -10,13 \, \text{Н} −10,13Н
Эти силы имеют разные значения и направления. Мы видим, что сила, вызвавшая изменение импульса, в три раза больше по модулю и направлена в противоположную сторону по сравнению с силой, вызвавшей ускорение.
Давайте решим задачу шаг за шагом.
Найдем скорость точки в момент времени t=3 t = 3 t=3 секунды.Уравнение движения:
X(t)=15−10t+0,4t2 X(t) = 15 - 10t + 0,4t^2 X(t)=15−10t+0,4t2
Найдём скорость, вычислив производную от X(t) X(t) X(t):
V(t)=dXdt=−10+0,8t V(t) = \frac{dX}{dt} = -10 + 0,8t V(t)=dtdX =−10+0,8t
Теперь подставим t=3 t = 3 t=3 секунды:
Найдем импульс через 3 секунды.V(3)=−10+0,8⋅3=−10+2,4=−7,6 м/с V(3) = -10 + 0,8 \cdot 3 = -10 + 2,4 = -7,6 \, \text{м/с} V(3)=−10+0,8⋅3=−10+2,4=−7,6м/с
Импульс p p p определяется как:
p=mv p = mv p=mv где m m m — масса, v v v — скорость.
Подставляем значение массы и скорости:
Найдем ускорение точки.p=4 кг⋅(−7,6 м/с)=−30,4 кг⋅м/с p = 4 \, \text{кг} \cdot (-7,6 \, \text{м/с}) = -30,4 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} p=4кг⋅(−7,6м/с)=−30,4кг⋅м/с
Ускорение a(t) a(t) a(t) – это производная от скорости:
a(t)=dVdt=0,8 a(t) = \frac{dV}{dt} = 0,8 a(t)=dtdV =0,8
Это постоянное значение ускорения, так как не зависит от времени.
Найдём силу, вызвавшую такое ускорение.Сила F F F определяется как:
F=ma F = ma F=ma
Подставляем массу и ускорение:
Найдем силу, вызвавшую такой импульс.F=4 кг⋅0,8 м/с2=3,2 Н F = 4 \, \text{кг} \cdot 0,8 \, \text{м/с}^2 = 3,2 \, \text{Н} F=4кг⋅0,8м/с2=3,2Н
Сила также может быть определена через изменение импульса. Изменение импульса:
Δp=p−p0 \Delta p = p - p_0 Δp=p−p0 где p0 p_0 p0 — первоначальный импульс. Предположим, что первоначальный импульс равен нулю вначаледвиженияв начале движениявначаледвижения.
Следовательно:
Δp=−30,4 кг⋅м/с \Delta p = -30,4 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} Δp=−30,4кг⋅м/с
Сила связана с изменением импульса:
F=ΔpΔt F = \frac{\Delta p}{\Delta t} F=ΔtΔp
Подставляем Δp \Delta p Δp и Δt=3 \Delta t = 3 Δt=3 с:
Сравним силы.Сила, вызвавшая ускорение: 3,2 Н 3,2 \, \text{Н} 3,2НСила, вызвавшая изменение импульса: −10,13 Н -10,13 \, \text{Н} −10,13НF=−30,4 кг⋅м/с3 с=−10,13 Н F = \frac{-30,4 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}}{3 \, \text{с}} = -10,13 \, \text{Н} F=3с−30,4кг⋅м/с =−10,13Н
Эти силы имеют разные значения и направления. Мы видим, что сила, вызвавшая изменение импульса, в три раза больше по модулю и направлена в противоположную сторону по сравнению с силой, вызвавшей ускорение.