Задача по физике По наклонной плоскости вверх катится без скольже-ния полый обруч. Ему сообщена начальная скорость 3,14 м/с, па-раллельная наклонной плоскости. Установить, какой путь прой-дет обруч, если угол наклона плоскости 30.
Для решения этой задачи воспользуемся законами сохранения энергии.
Полный момент инерции полого обруча относительно его диаметра равен I = mR^2, где m - масса обруча, R - радиус обруча.
Из закона сохранения энергии можно записать:
mgh_1 + mv_1^2 / 2 = mgh_2 + mv_2^2 / 2,
где h1 и h2 - высоты нижней и верхней точки обруча, v1 и v2 - скорости обруча в этих точках.
С начальной скоростью в 3,14 м/с полый обруч начинает скатываться вверх по наклонной плоскости под углом 30 градусов. Перейдем к системе отсчета, в которой ось x направлена вдоль наклонной плоскости, а ось y - перпендикулярно ей вверх. Так как начальная скорость параллельна плоскости, то начальная скорость по оси y равна 0. Тогда
v1x = v1 cos(30), v1y = v1 sin(30).
Также в начальный момент времени можно записать, что полный момент импульса обруча равен 0:
mv1 R = m v1 R = I ω,
I = mR^2,
v1 = R * ω.
Из условия задачи, стартовая скорость v1 = 3.14 м/с.
Для решения этой задачи воспользуемся законами сохранения энергии.
Полный момент инерции полого обруча относительно его диаметра равен I = mR^2, где m - масса обруча, R - радиус обруча.
Из закона сохранения энергии можно записать:
mgh_1 + mv_1^2 / 2 = mgh_2 + mv_2^2 / 2,
где h1 и h2 - высоты нижней и верхней точки обруча, v1 и v2 - скорости обруча в этих точках.
С начальной скоростью в 3,14 м/с полый обруч начинает скатываться вверх по наклонной плоскости под углом 30 градусов. Перейдем к системе отсчета, в которой ось x направлена вдоль наклонной плоскости, а ось y - перпендикулярно ей вверх. Так как начальная скорость параллельна плоскости, то начальная скорость по оси y равна 0. Тогда
v1x = v1 cos(30),
v1y = v1 sin(30).
Также в начальный момент времени можно записать, что полный момент импульса обруча равен 0:
mv1 R = m v1 R = I ω,
I = mR^2,
v1 = R * ω.
Из условия задачи, стартовая скорость v1 = 3.14 м/с.
h1 = 0, R = R.
v1^2 = v1x^2 + v1y^2 = (3.14 cos(30))^2 + (3.14 sin(30))^2 = 3.14^2.
Отсюда можно записать:
m g h_2 = m g R sin(30) = m R^2 * ω^2 / 2.
Так как m и R> 0, то уравнения можно сократить на mR, после избавляемся от ω через v1.
v1 = R ω,
3.14 = R ω,
ω = 3.14 / R.
Теперь подставляем это в уравнение:
g h2 = R (3.14 / R)^2 / 2 * R^2.
h2 = (3.14 / R)^2 / 2 * R.
h2 = 3.14^2 / 2R.
Теперь можем найти длину пути, который пройдет обруч:
l = R (1 - cos(30)) = R - R cos(30) = R(1 - cos(30)).
Ответ: длина пути, которую пройдет обруч, равна R(1 - cos(30)).