Главная > ОБЩИЙ КУРС ФИЗИКИ Том I МЕХАНИКА (Сивухин Д. В.)
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

1. Векторное уравнение движения материальной точки (11.3) можно записать в координатной форме:
md2xdt2=Fx,md2ydt2=Fy,md2zdt2=Fz.

Одно векторное уравнение (11.3) эквивалентно трем числовым уравнениям (14.1). Все эти уравнения являются дифференциальными, а потому их недостаточно для однозначного определения движения материальной точки. Каждое из них есть уравнение второго порядка. (Порядок дифференциального уравнения определяется производной высшего порядка, входящей в это уравнение). По этой причине для однозначного определения движения точки к уравнениям движения надо присоединить дополнительные данные, определяющие значения двух векторных или шести числовых постоянных. В качестве таковых обычно берут значения радиуса-вектора r и скорости v или каких-либо двух функций их в момент времени t=0. Эти значения называются начальными условиями. Выясним этот вопрос на примере свободного движения материальной точки в поле тяжести Земли.
2. Галилеем было установлено, что все тела в пустоте падают с одинаковым ускорением. Для качественного подтверждения этого положения может служить стеклянная трубка длиной около одного метра, из которой откачан воздух. В трубку помещаются различные тела, например дробинка, кусочек пробки, перышко, кусочек бумаги. Пока трубка не откачана, бумажки и перышки падают во много раз медленнее остальных тел, что объясняется сопротивлением воздуха. Но если воздух из трубки откачать, то все тела начнут падать одинаково быстро. Более точное доказательство дают наблюдения за качаниями маятника: опыт показывает, что период качания маятника не зависит от материала, из которого он изготовлен. Ускорение свободного падения меняется с географической широтой: на полюсе оно максимально и составляет 9,83 m/c2, на экваторе — минимально и равно 9,78 m/c2. Ускорение g уменьшается с высотой над земной поверхностью: при поднятии на 1 м оно убывает приблизительно на 3106 m/c2. Для средних широт можно принять, что вблизи земной поверхности g=9,80 m/c2. В расчетах, не требующих особой точности, ускорение свободного падения g может считаться одним и тем же для всей земной поверхности.

На тело в поле тяжести Земли действует сила F=mg, а потому уравнение движения (11.8) переходит в уравнение
d2rdt2=g

Мы пренебрегли всеми силами и учли только силу тяжести. Зависимостью g от географической широты и высоты над земной поверхностью также будем пренебрегать. Итак, ускорение g будем считать постоянным. Уравнение (14.2) эквивалентно двум уравнениям:
dvdt=g,drdt=v.

Простым дифференцированием нетрудно убедиться, что этим уравнениям удовлетворяют следующие решения:
v=gt+v0,r=12gt2+v0t+r0

при произвольных значениях постоянных векторов r0 и v0. Решение (14.4) является общим. Это значит, что любое решение уравнения (14.2) может быть представлено в виде (14.4). Общее решение это, в сущности, не одно решение, а целое семейство решений, зависящее от двух произвольных векторных постоянных r0 и v0. Придавая этим постоянным какие-либо конкретные значения, мы выделяем из этого семейства определенное частное решение. Постоянная v0 есть начальная скорость движущейся точки, r0 радиус-вектор ее в начальный момент времени. В этом легко убедиться, если с помощью формул (14.4) найти значения v и r при t=0. Постоянные r0 и v0 нельзя определить из дифференциального уравнения движения (14.2), так как при любых значениях этих постоянных выражения (14.4) являются решениями этого уравнения. Величины r0 и v0 определяются начальными условиями. В зависимости от значений r0 и v0 движения могут сильно отличаться друг от друга. Тело может подниматься вверх или опускаться вниз по прямой линии; оно может описывать параболу, достигая или не достигая ее вершины; дуга параболы может быть изогнута сильнее или
слабее и т.д. Получается довольно разнообразный и запутанный класс движений. Заслуга Ньютона, между прочим, и состоит в том, что он подметил, что вся эта сложность исчезает, а все многообразие движений может быть описано единой формулой, не содержащей никаких произвольных постоянных, если от положений и скоростей материальной точки перейти к ее ускорению.
3. Полученные результаты допускают обобщения. Допустим, что имеется система N материальных точек, взаимодействующих между собой и с внешними телами, положение которых предполагается заданным в любой момент времени. Записав математически второй закон Ньютона для каждой материальной точки, мы получим систему N векторных или 3N эквивалентных им числовых дифференциальных уравнений второго порядка. Можно показать, что для однозначного решения этих уравнений надо задать 2N векторных или 6N числовых величин, определяющих начальные значения координат и скоростей материальных точек системы.
ЗАДАЧА
Тело брошено вверх под углом α к горизонту с начальной скоростью v0. Исследовать его движения, пренебрегая сопротивлением воздуха. Найти уравнение траектории, дальность полета и максимальную высоту подъема, считая земную поверхность горизонтальной. При каком угле α дальность полета максимальна?

Решение. Точку земной поверхности, откуда брошено тело, примем за начало координат ( r0=0 ). Тогда, как видно из (14.4), движение будет происходить в вертикальной плоскости, в которой лежат векторы g и v0. Примем ее за координатную плоскость XY, направив ось X горизонтально в сторону движения, а ось Y — вертикально вверх. Запишем уравнение (14.4) в проекциях на координатные оси,
vx=v0cosα,vy=v0sinαgt,x=v0tcosα,y=v0tsinα12gt2.

Исключая из последних двух уравнений время t, найдем уравнение траектории
y=xtgαgx22v02cos2α.

Это уравнение параболы. Отсюда находим дальность полета
x=v02gsin2α

и максимальную высоту поднятия
yMakc =v02sin2α2g.

Максимальная дальность достигается при α=45 и равна
xMaKc =v02g.

1
Оглавление
email@scask.ru