1.9. Примеры решения задач

Задача №1. Движение частицы в плоскости ХУ описывается кинематическими уравнениями: ; (1), где А и В – константы. Определить: 1) уравнение траектории 2) векторы скорости, ускорения и их численные значения; 3) вектор средней скорости за первые  секунд движения и его модуль.

Решение

1) Для нахождения уравнения траектории движения частицы необходимо исключить параметр из кинематических уравнений:

.

Полученное уравнение представляет собой уравнение параболы.

2) Вектор скорости частицы в момент времени определяется выражением:

,

где - единичные векторы вдоль осей Х и У, а и - проекции вектора скорости на соответствующие оси.

Дифференцируя уравнения по времени, получим:

;

и, следовательно, .

Модуль вектора скорости равен

.

Вектор ускорения представляет собой первую производ- ную от вектора скорости

где Следовательно,

Знак «-» в полученном выражении свидетельствует о том, что ускорение направлено в сторону, противоположную оси У.

Модуль ускорения равен

3. Вектор средней скорости определяется выражением

где поскольку ,

Окончательно,

.

Задача №2. Маховик, вращающийся с постоянной частотой , при торможении начал вращаться равнозамедленно. Когда торможение прекратилось, частота вращения оказалась равной . Определить угловое ускорение  маховика и продолжительность торможения, если за время равнозамедленного движения маховик сделал .

Решение

При равнозамедленном вращательном движении уравнения угловой скорости и углового пути имеют вид:

, (1)

. (2)

Решение этой системы уравнений дает соотношение, связывающее угловое ускорение с начальной и конечной угловыми скоростями

,

или . (3)

Но так как и , то

. (4)

Подставив числовые значения в выражение (4), получим

Угловое ускорение получилось отрицательным, так как маховик вращался замедленно. Продолжительность торможения определяем из уравнения (1):

и с учетом (4) окончательно

Подставив числовые значения найдем:

Задача №3. Частица совершает перемещение в плоскости ХУ из точки с координатами (1,2) м в точку с координатами (2,3) м под действием силы Н. Определить работу данной силы.

Решение

Элементарная работа, совершаемая силой F при перемещении , равна скалярному произведению этих векторов.

.

Работа при перемещении частицы из точки 1 в точку 2 определится интегрированием

.

Подставляя числовые значения, получим

.

Задача №4. Моторная лодка массой m = 400 кг начинает двигаться по озеру. Сила тяги мотора F= 0,2 кН.Считая силу сопротивления пропорциональной скорости, определить скорость лодки через t = 20с после начала её движения. Коэффициент сопротивления = 20 кг/с.