Консультация № 172366
20.09.2009, 13:28
0.00 руб.
0 8 3
Здравствуйте, уважаемые эксперты, прошу вас помочь с задачами:
1) На сколько переместится относительно берега лодка длиной 3,5 м и массой 200 кг, если человек массой 80 кг, который стоит на корме, перейдет на нос лодки? Считать лодку расположенной перпендикулярно к берегу.

2)На краю неподвижной платформы, которая имеет форму диска и вертикальную ось вращения, стоит человек. На расстоянии 0,4 м от оси платформы в направлении человека летит мяч массой 0,5 кг. если человек его поймает, платформа начнет вращаться с угловой скоростью 0,1 рад/с. Скорость мяча – 5 м/с. Определить суммарный момент инерции платформы и человека.

Рассчитываю на вашу помощь.

Обсуждение

Неизвестный
20.09.2009, 13:58
общий
Все верные ответы будут оценены. Оперативные ответы будут вознаграждены небольшими денежными поощрениями.
Неизвестный
20.09.2009, 15:36
общий
это ответ
Здравствуйте, Егоров Ярослав Владимирович.
1) В этой задаче считается, что лодка движется, пока человек идет вдоль неё, поэтому время движения лодки t связано со скоростью человека V и длиной лодки l=3,5 м как
t=l/V (1)
Расстояние же S, которое пройдет лодка равно:
S=U*t (2)
где U - скорость движения лодки, которая связана со скоростью человека через закон сохранения импульса:
m*V=M*U (3)
где m=80 кг - масса человека, M=200 кг - масса лодки
Из (3) находим, что U/V=m/M
Подставляя (1) в (2) имеем:
S=l*U/V и, наконец, используя U/V=m/M окончательно имеем:
S=l*m/M=3,5*80/200=1,4 м

2) Момент импульса L1 системы до того, как человек поймал мяч состоял только из момента импульса мяча (платформа и человек неподвижны), который рассматриваем как материальную точку:
L1=Iм*[$969$]м=m*R2*[$969$]м (1)
где m=0,5 кг - масса мяча, R=0,4 м - расстояние от центра платформы, на котором человек поймал мяч; с учетом
[$969$]м=Vм/R (2)
где Vм=5 м/с - скорость мяча
получаем, что
L1=m*R*Vм (3)
После того, как человек поймал мяч, платформа вместе с человеком пришла в движение, поэтому суммарный момент импульса L2 системы будет равен
L2=(I+m*R2)*[$969$]2 (4)
где [$969$]2=0,1 рад/с - общая угловая скорость системы, I - искомый суммарный момент инерции платформы и человека
Согласно закону сохранения момента импульса приравниваем (3) и (4), после чего выражаем I:
I=m*R(Vм-R*[$969$]2)/[$969$]2=0,5*0,4*(5-0,4*0,1)/0,1=9,92 кг*м2 - что-то маловато для системы человек+платформа, нет ли опечатки в условии?
5
Огромное спасибо. Насколько я могу судить - задачи решены верно. Спасибо за оперативность.
давно
Советник
165461
578
21.09.2009, 12:51
общий
это ответ
Здравствуйте, Егоров Ярослав Владимирович.

Задачу 1 можно решить иначе, вычислив смещение центра масс (ц.м.). При определении ц.м.системы лодка + человек мы можем считать, что вся масса лодки сосредоточена в точке, где находится ее ц.м.

Пусть ц.м. лодки расположен на расстоянии a от одного её края, и на расстоянии b от другого (a + b = L, L - длина лодки). Ц.м. системы смещен относительно ц.м. лодки на расстояние
(М*0 + m*a)/(m+M) = m*a/(m+M),
или на расстояние
(М*0 + m*b)/(m+M) = m*b/(m+M),
в зависимости от того, где находится человек.

При перемещении человека положение ц.м. системы относительно лодки изменяется на сумму этих смещений равную m*L/(m+M). Так как на систему не действуют внешние силы, положение ее ц.м. в пространстве не изменится, и лодка переместится относительно берега на это расстояние.
Подставляя численные значения, получим ответ 1м.
5
Огромное спасибо за предоставленное решение и за поправку предыдущего ответа.
давно
Советник
165461
578
21.09.2009, 12:54
общий
Gerhard:
Здравствуйте!

Небольшое замечание к Вашему решению первой задачи. Когда человек идет со скоростью V, лодка движется в противоположном направлении со скоростью U.
Поэтому время t = L/(V+U), а ответ m*L/(m+M).
Ответ L*m/M не может быть правилен еще потому, что при массе лодки, стремящейся к нулю, смещение стремилось бы к бесконечности.

С уважением,
Lang21
Неизвестный
21.09.2009, 13:04
общий
Lang21:
Большое вам спасибо за то. что исправили решение. Я просто в этой теме слабо разбираюсь и мне сложно судить верно ли решение или нет.
Неизвестный
21.09.2009, 19:07
общий
Lang21:
Да, действительно, я не учел, что в формулу для времени нужно подставлять относительную скорость движения лодки и человека
давно
Посетитель
226425
1567
21.09.2009, 20:01
общий
Gerhard:
Уважаемые эксперты, задача чисто на закон сохранения импульса, описана во всех учебниках, и даже в вариантах ЕГЭ (тьфу-тьфу, чур меня, будь оно не ладно), и ни в коем случае не надо сюда впутывать относительные скорости какие-то, не путайте студента. Все красиво решается в неподвижной системе отсчета относительно берега. Сейчас сделаю
Прошу прощения, с картинками у меня беда - не встают с первого раза на свои места.
Попробую здесь
Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Посетитель
226425
1567
21.09.2009, 20:08
общий
21.09.2009, 21:15
это ответ
Здравствуйте, Егоров Ярослав Владимирович.
Дано:
L=3.5 м
M=200 кг
m=80 кг
Найти: x
Решение.
Закон сохранения импульса
MV = mU
M * x/t = m * (L-x)/t => Mx=mL - mx
(M+m)x=mL
x=mL/(M+m)
x:=80 * 3.5 /(200+80) = 1 м

Рисунок:


Ответ: 1 м
С уважением
Константин shvetski
Об авторе:
С уважением
shvetski
Форма ответа