Задача по физике Навесной разбрасыватель органических удобрений бросил кусок торфа с поверхности земли под углом 60 градусов к горизонту со скоростью 20 м/с. Определить перемещение куска торфа за вторую половину времени его движения.
Для решения задачи сначала необходимо определить общее время полета куска торфа. Данный кусок торфа можно рассматривать как тело, брошенное под углом к горизонту, и его движение будет описываться уравнениями кинематики.
Шаг 1. Разделим начальную скорость на компоненты.
Начальная скорость v0=20 м/с v_0 = 20 \, \text{м/с} v0=20м/с и угол θ=60∘ \theta = 60^\circ θ=60∘.
Для вычисления времени полета используем формулу для вертикального движения: t=2v0yg
t = \frac{2v_{0y}}{g} t=g2v0y
где g≈9.81 м/с2 g \approx 9.81 \, \text{м/с}^2 g≈9.81м/с2 — ускорение свободного падения.
x(t)=v0xt
x(t) = v_{0x} t x(t)=v0xtx(1.765)=10⋅1.765≈17.65 м
x(1.765) = 10 \cdot 1.765 \approx 17.65 \, \text{м} x(1.765)=10⋅1.765≈17.65м
Шаг 4. Найдем положение в момент t t tвконцеполетав конце полетавконцеполета:
При t=3.53 t = 3.53 t=3.53: y(3.53)=0(в момент касания земли)
y(3.53) = 0 \quad (\text{в момент касания земли}) y(3.53)=0(вмоменткасанияземли)x(3.53)=10⋅3.53≈35.3 м
x(3.53) = 10 \cdot 3.53 \approx 35.3 \, \text{м} x(3.53)=10⋅3.53≈35.3м
Шаг 5. Перемещение за вторую половину времени:
Теперь, зная позиции на t/2 t/2 t/2 и t t t, найдем перемещение:
Горизонтальное перемещение: Δx=x(3.53)−x(1.765)=35.3−17.65≈17.65 м
\Delta x = x(3.53) - x(1.765) = 35.3 - 17.65 \approx 17.65 \, \text{м} Δx=x(3.53)−x(1.765)=35.3−17.65≈17.65мВертикальное перемещение: Δy=y(3.53)−y(1.765)=0−15.363≈−15.363 м
\Delta y = y(3.53) - y(1.765) = 0 - 15.363 \approx -15.363 \, \text{м} Δy=y(3.53)−y(1.765)=0−15.363≈−15.363мРезультат:
Перемещение за вторую половину времени можно определить с помощью вектора перемещения: S=(Δx)2+(Δy)2=(17.65)2+(−15.363)2≈311.5225+236.061369≈547.583869≈23.4 м
S = \sqrt{(\Delta x)^2 + (\Delta y)^2} = \sqrt{(17.65)^2 + (-15.363)^2} \approx \sqrt{311.5225 + 236.061369} \approx \sqrt{547.583869} \approx 23.4 \, \text{м} S=(Δx)2+(Δy)2=(17.65)2+(−15.363)2≈311.5225+236.061369≈547.583869≈23.4м
Таким образом, перемещение куска торфа за вторую половину времени его движения составляет приблизительно 23.4 метра.
Для решения задачи сначала необходимо определить общее время полета куска торфа. Данный кусок торфа можно рассматривать как тело, брошенное под углом к горизонту, и его движение будет описываться уравнениями кинематики.
Шаг 1. Разделим начальную скорость на компоненты.Начальная скорость v0=20 м/с v_0 = 20 \, \text{м/с} v0 =20м/с и угол θ=60∘ \theta = 60^\circ θ=60∘.
КомпONENTы скорости:
Горизонтальная скорость:v0x=v0⋅cos(θ)=20⋅cos(60∘)=20⋅0.5=10 м/с v_{0x} = v_0 \cdot \cos(\theta) = 20 \cdot \cos(60^\circ) = 20 \cdot 0.5 = 10 \, \text{м/с}
v0x =v0 ⋅cos(θ)=20⋅cos(60∘)=20⋅0.5=10м/сВертикальная скорость:
v0y=v0⋅sin(θ)=20⋅sin(60∘)=20⋅32≈17.32 м/с v_{0y} = v_0 \cdot \sin(\theta) = 20 \cdot \sin(60^\circ) = 20 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} \approx 17.32 \, \text{м/с}
v0y =v0 ⋅sin(θ)=20⋅sin(60∘)=20⋅23 ≈17.32м/сШаг 2. Найдем общее время полета.
Для вычисления времени полета используем формулу для вертикального движения:
t=2v0yg t = \frac{2v_{0y}}{g}
t=g2v0y где g≈9.81 м/с2 g \approx 9.81 \, \text{м/с}^2 g≈9.81м/с2 — ускорение свободного падения.
Подставляем значения:
Шаг 3. Найдем перемещение за вторую половину времени.t=2⋅17.329.81≈34.649.81≈3.53 сек t = \frac{2 \cdot 17.32}{9.81} \approx \frac{34.64}{9.81} \approx 3.53 \, \text{сек}
t=9.812⋅17.32 ≈9.8134.64 ≈3.53сек
Первая половина времени полета (t/2)( t/2 )(t/2):
t2≈3.532≈1.765 сек \frac{t}{2} \approx \frac{3.53}{2} \approx 1.765 \, \text{сек}
2t ≈23.53 ≈1.765сек
Хотим найти перемещение за вторую половину полета, то есть с t/2\ t/2 t/2 до t t t.
Сначала найдем вертикальную позицию и горизонтальную позицию на момент t/2 t/2 t/2.
Вертикальная позиция в момент t/2 t/2 t/2:Используем уравнение для вертикального движения:
y(t)=v0yt−12gt2 y(t) = v_{0y} t - \frac{1}{2} g t^2
y(t)=v0y t−21 gt2
Подставляем t=1.765 t = 1.765 t=1.765:
Горизонтальная позиция в момент t/2 t/2 t/2:y(1.765)=17.32⋅1.765−12⋅9.81⋅(1.765)2 y(1.765) = 17.32 \cdot 1.765 - \frac{1}{2} \cdot 9.81 \cdot (1.765)^2
y(1.765)=17.32⋅1.765−21 ⋅9.81⋅(1.765)2 y(1.765)≈30.613−15.25≈15.363 м y(1.765) \approx 30.613 - 15.25 \approx 15.363 \, \text{м}
y(1.765)≈30.613−15.25≈15.363м
x(t)=v0xt x(t) = v_{0x} t
Шаг 4. Найдем положение в момент t t t вконцеполетав конце полетавконцеполета:x(t)=v0x t x(1.765)=10⋅1.765≈17.65 м x(1.765) = 10 \cdot 1.765 \approx 17.65 \, \text{м}
x(1.765)=10⋅1.765≈17.65м
При t=3.53 t = 3.53 t=3.53:
Шаг 5. Перемещение за вторую половину времени:y(3.53)=0(в момент касания земли) y(3.53) = 0 \quad (\text{в момент касания земли})
y(3.53)=0(в момент касания земли) x(3.53)=10⋅3.53≈35.3 м x(3.53) = 10 \cdot 3.53 \approx 35.3 \, \text{м}
x(3.53)=10⋅3.53≈35.3м
Теперь, зная позиции на t/2 t/2 t/2 и t t t, найдем перемещение:
Горизонтальное перемещение:Δx=x(3.53)−x(1.765)=35.3−17.65≈17.65 м \Delta x = x(3.53) - x(1.765) = 35.3 - 17.65 \approx 17.65 \, \text{м}
Δx=x(3.53)−x(1.765)=35.3−17.65≈17.65мВертикальное перемещение:
Δy=y(3.53)−y(1.765)=0−15.363≈−15.363 м \Delta y = y(3.53) - y(1.765) = 0 - 15.363 \approx -15.363 \, \text{м}
Δy=y(3.53)−y(1.765)=0−15.363≈−15.363мРезультат:
Перемещение за вторую половину времени можно определить с помощью вектора перемещения:
S=(Δx)2+(Δy)2=(17.65)2+(−15.363)2≈311.5225+236.061369≈547.583869≈23.4 м S = \sqrt{(\Delta x)^2 + (\Delta y)^2} = \sqrt{(17.65)^2 + (-15.363)^2} \approx \sqrt{311.5225 + 236.061369} \approx \sqrt{547.583869} \approx 23.4 \, \text{м}
S=(Δx)2+(Δy)2 =(17.65)2+(−15.363)2 ≈311.5225+236.061369 ≈547.583869 ≈23.4м
Таким образом, перемещение куска торфа за вторую половину времени его движения составляет приблизительно 23.4 метра.