Конькобежец массой 72 кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении камень весом 3 кг со скоростью 8 м/с. Найти на какое расстояние откатится конькобежец, если известно, что коэффициент трения коньков о лед равен 0,02. ответ представьте в см и округлите до целых.
1. так как движение равномерное, то скорость постоянна и действителен первый закон Ньютона
2. рассмотрим силы, действующие на тело по горизонтали:
• проекция силы тяги F cosα
• сила трения Fтр = u N
спроецировав силы на некоторую ось, нетрудно получить, что:
F cosα = u (mg - F sinα),
u = F cosα / (mg - F sinα).
(силу нормальной реакции опоры N мы выразили, записав 1 закон Ньютона для вертикали).
теперь, зная коэффициент трения u, можно выразить ускорение во втором действии
2) рассмотрим прямолинейное равноускоренное движение тела под действием силы тяги F, направленной под углом β к горизонту (подразумеваем, что значение Fcosβ > u N)
силы, действующие на тело в данном случае, не скомпенсированы, и потому появляется ускорение, работаем со вторым законом Ньютона
аналогично первому случаю, делаем чертеж для второго: единственное, что изменилось - появилось ускорение:
F cosβ - u N = ma,
a = (F cosβ - u N) / m.
силу нормальной реакции опоры N выражаем посредством 1 закона Ньютона применительно к вертикали аналогично 1 случаю:
N = mg - F sinβ
подставляя выражения для u и N в формулу ускорения, получаем:
a ≈ 0.875 м/с² ≈ 0.9 м/c²
t1 = S1/v1 = 4000 м / 10 м/с = 400 с
Вычислим путь второго участка по формуле S2 = v1*t + a*t2²/2, где а = 0,5 м/с², t2 = 2 мин = 120 с
S2 = 10 м/с*120 с + 0,5 м/с²*(120 с)²/2 = 1200 м + 3600 м = 4800 м
Вычислим весь путь и все время движения
S = S1 + S2 = 4000 м + 4800 м = 8800 м
t = t1 + t2 = 400 c + 120 c = 520 c
Вычислим среднюю скорость движения на всем пути
<v> = S/t = 8800 м / 520 с ≈ 17 м/с