Чтобы поднять ящик массой 120 кг через стену высотой 6 м, использовали наклонную плоскость и приложили силу 900 Н. В начале движения ящик находится в восьми метрах от основания стены. Каков КПД наклонной плоскости?
а) По сути, движение брошенного вверх тела — это равноускоренное движение с отрицательным ускорением g (ускорением свободного падения), поэтому перемещение тела (равное максимальной высоте подъёма) можно выразить формулой
, где v — конечная скорость, v0 — начальная скорость, а — ускорение.
В данном случае v = 0, так как на максимальной высоте тело останавливается (и потом начинает падать вниз), v0 = 5 м/с, ускорение а — ускорение свободного падения g. Но так как тело движется вверх, а g направлено вниз, то есть ускорение направлено противоположно движению, g приобретает знак «минус». Тогда формулу перемещения можно переписать как
Подставим значения величин из условия:
= 1,25 (м)
ответ: 1,25 м.
б) Потенциальная энергия тела вычисляется по формуле Еп = m*g*h (m — масса тела, h — высота, на которой оно находится), а кинетическая энергия — по формуле Ек =
На искомой высоте h выполняется равенство
Ек = 2Еп, то есть
, или
Разделив обе части равенства на m, получим
Назовём путь, который тело, чтобы набрать скорость v, буквой L. Так как свободное падение — это равноускоренное движение с ускорением g,
(v0 = 0; g положительно, так как оно направлено вниз, и тело тоже движется вниз).
Пусть h — искомая высота, на которой Ек = 2Еп, Н — максимальная высота (та, с которой падает тело; по условию, Н=20 м). Так как для соблюдения условия Ек = 2Еп нужно, чтобы тело набрало скорость v, а эту скорость оно набирает, пройдя путь L,
h = H - L =
Итак,
,
.
Подставим вместо h в уравнение скорости:
Возведём обе части в квадрат:
≈ 266,6 (м2/с2)
Подставим это значение в формулу для h:
(м)
Проверим, выполняется ли условие :
133,3m ≈ 133,4m
[расхождение появляется из-за того, что g взято равным 10 м/с2, а не 9,8 м/с2, и прочих округлений; расхождение не сильно влияет на результат]
1. 5 гПа = 100 Па; 0.02 Н/см² = 0.02 Н/0.0001 м² = 200 Па; 0.4 кПа = 400 Па; 10 Н/см² = 10 Н / 0.0001 м² = 100000 Па; 10000 Па = 100 гПа = 10 кПа; 5800 Па = 58 гПа = 5.8 кПа. 2. р = m*g/S = 6610 кг * 10 Н/кг / 1.4 м² = 66100 Н / 1.4 м² = 47214 Па p трактор / р мальчика = 47214 Па / 15000 Па = в 3.15 раза 3. p = F/(a*b) = 600 Н / (0.2 м * 0.0005 м) = 6 000 000 Па = 6 МПа Лопаты остро затачивают затем, чтобы при минимальных усилиях, лопата глубоко входила в землю. 4. р = m * g / (a*b*2) = 45 кг * 10 Н/кг / (1.5 м * 0.1 м * 2) = 1500 Па р с лыжами < р без лыж, так как площадь ноги меньше площади лыжи.
а) 1,25 м
б) 6,67 м
Объяснение:
а) По сути, движение брошенного вверх тела — это равноускоренное движение с отрицательным ускорением g (ускорением свободного падения), поэтому перемещение тела (равное максимальной высоте подъёма) можно выразить формулой
В данном случае v = 0, так как на максимальной высоте тело останавливается (и потом начинает падать вниз), v0 = 5 м/с, ускорение а — ускорение свободного падения g. Но так как тело движется вверх, а g направлено вниз, то есть ускорение направлено противоположно движению, g приобретает знак «минус». Тогда формулу перемещения можно переписать как
Подставим значения величин из условия:
ответ: 1,25 м.
б) Потенциальная энергия тела вычисляется по формуле Еп = m*g*h (m — масса тела, h — высота, на которой оно находится), а кинетическая энергия — по формуле Ек =![\frac{mv^{2} }{2}](/tpl/images/1294/4418/3bbaf.png)
На искомой высоте h выполняется равенство
Ек = 2Еп, то есть
Разделив обе части равенства на m, получим
Назовём путь, который тело, чтобы набрать скорость v, буквой L. Так как свободное падение — это равноускоренное движение с ускорением g,
(v0 = 0; g положительно, так как оно направлено вниз, и тело тоже движется вниз).
Пусть h — искомая высота, на которой Ек = 2Еп, Н — максимальная высота (та, с которой падает тело; по условию, Н=20 м). Так как для соблюдения условия Ек = 2Еп нужно, чтобы тело набрало скорость v, а эту скорость оно набирает, пройдя путь L,
h = H - L =![20 - \frac{v^{2} }{2g}](/tpl/images/1294/4418/5cb93.png)
Итак,
Подставим
вместо h в уравнение скорости:
Возведём обе части в квадрат:
Подставим это значение в формулу для h:
Проверим, выполняется ли условие
:
133,3m ≈ 133,4m
[расхождение появляется из-за того, что g взято равным 10 м/с2, а не 9,8 м/с2, и прочих округлений; расхождение не сильно влияет на результат]
ответ: 6,67 м.
2. р = m*g/S = 6610 кг * 10 Н/кг / 1.4 м² = 66100 Н / 1.4 м² = 47214 Па
p трактор / р мальчика = 47214 Па / 15000 Па = в 3.15 раза
3. p = F/(a*b) = 600 Н / (0.2 м * 0.0005 м) = 6 000 000 Па = 6 МПа
Лопаты остро затачивают затем, чтобы при минимальных усилиях, лопата глубоко входила в землю.
4. р = m * g / (a*b*2) = 45 кг * 10 Н/кг / (1.5 м * 0.1 м * 2) = 1500 Па
р с лыжами < р без лыж, так как площадь ноги меньше площади лыжи.