Шайба массой 160 граммов замедляется под действием силы трения со стороны льда. Начальная скорость шайбы 30 м/с. Найдите скорость шайбы, когда она проскользит 200 м по льду. Коэффициент трения шайбы об лёд равен 0,05. Решите задачу, используя теорему об изменении кинетической энергии.
Для решения задачи воспользуемся теоремой об изменении кинетической энергии:
[ \Delta Ek = W{\text{тр}} ]
Где: (\Delta Ek) - изменение кинетической энергии, (W{\text{тр}}) - работа трения.
Известно, что работа трения равна умножению коэффициента трения (k) на силу трения (F_{\text{тр}}) и пути, по которому она пройдет (s):
[ W{\text{тр}} = k \cdot F{\text{тр}} \cdot s ]
Также известно, что сила трения равна произведению коэффициента трения на нормальное давление:
[ F_{\text{тр}} = k \cdot N ]
Нормальное давление равно весу предмета, который на нее действует, т.е. в нашем случае это равно (mg), где (m) - масса шайбы, (g) - ускорение свободного падения.
Таким образом, подставив все в формулу для изменения кинетической энергии, получим:
[ \Delta E_k = k \cdot k \cdot m \cdot g \cdot s ]
Из формулы для кинетической энергии:
[ \frac{1}{2} m v_1^2 - \frac{1}{2} m v_2^2 = k \cdot k \cdot m \cdot g \cdot s ]
Для решения задачи воспользуемся теоремой об изменении кинетической энергии:
[
\Delta Ek = W{\text{тр}}
]
Где:
(\Delta Ek) - изменение кинетической энергии,
(W{\text{тр}}) - работа трения.
Известно, что работа трения равна умножению коэффициента трения (k) на силу трения (F_{\text{тр}}) и пути, по которому она пройдет (s):
[
W{\text{тр}} = k \cdot F{\text{тр}} \cdot s
]
Также известно, что сила трения равна произведению коэффициента трения на нормальное давление:
[
F_{\text{тр}} = k \cdot N
]
Нормальное давление равно весу предмета, который на нее действует, т.е. в нашем случае это равно (mg), где (m) - масса шайбы, (g) - ускорение свободного падения.
Таким образом, подставив все в формулу для изменения кинетической энергии, получим:
[
\Delta E_k = k \cdot k \cdot m \cdot g \cdot s
]
Из формулы для кинетической энергии:
[
\frac{1}{2} m v_1^2 - \frac{1}{2} m v_2^2 = k \cdot k \cdot m \cdot g \cdot s
]
Подставим известные значения:
[
\frac{1}{2} \cdot 0,16 \cdot 30^2 - \frac{1}{2} \cdot 0,16 \cdot v_2^2 = 0,05 \cdot 0,16 \cdot 9,8 \cdot 200
]
[
72 - 0,08 \cdot v_2^2 = 156,8
]
[
0,08 \cdot v_2^2 = 84,8
]
[
v_2^2 = 1060
]
[
v_2 \approx 32,57 \text{м/с}
]
Итак, скорость шайбы, когда она проскользит 200 м по льду, будет приблизительно равна 32,57 м/с.