Консультация № 172745
29.09.2009, 23:07
0.00 руб.
13.06.2013, 16:01
0 2 2
Здравствуйте, уважаемые эксперты! Пожалуйста, помогите решить задачу.

Определить работу, совершаемую при подъеме груза массой m = 50 кг по наклонной плоскости с углом наклона α = 30° к горизонту на расстояние s = 4 м, если время подъема t = 2 с, а коэффициент трения f = 0,06.

Должен получится ответ: 1,48 кДж.

Обсуждение

давно
Посетитель
226425
1567
30.09.2009, 11:59
общий
это ответ
Здравствуйте, mario.
Можно предположить два варианта начальных условий: 1)тело движется равномерно; 2) тело движется с постоянным ускорением. Поскольку указано время движения, то можно предположить, что тело движется с ускорением, но на всякий случай проверим оба варианта.
Дано:
m=50 кг
α = 30°
s = 4 м
t = 2 с
f = 0,06
Найти: А
Решение:

Рассмотрим первый возможный вариант движения - тело движется с постоянной скоростью (a=0)
v=s/t=4/2=2 м/с
Работа
А=F*s
Найдем действующую силу.
Согласно 1 закону Ньютона сумма векторов
mg+N+F+F[sub]тр[/sub]=0
Тогда, в проекции на оси координат
0x: -mg*sin [$945$]+F+Fтр=0 (1)
0y: -mg*cos [$945$]+N=0 (2)
По определению Fтр=f*N (3)
Решая систему уравнений 1,2,3 получаем выражение для силы F
F=mg(sin [$945$]+f*cos [$945$])
F=276 Н
Работа А=F*s=1104 Дж - не совпадает с ответом.

Рассмотрим случай, когда тело движется с ускорением.
Видимо, следует считать, что начальная скорость v0=0

Определим ускорение тела
s=a*t2/2, тогда a=2s/t2=2 м/с2

Тогда, согласно 2 закону Ньютона
mg+N+F+F[sub]тр[/sub]=ma (4)
В проекциях на
0x: -mg*sin [$945$]+F-Fтр=ma (5)
0y: -mg*cos [$945$]+N=0 (6)
Решая систему уравнений 3,5,6 получаем выражение для F
F= m(a+g(sin [$945$]+f*cos [$945$]))
F=376 Н
Тогда
А=F*s=1504 Н. (При подсчетах я брал значение g=10 м/с2, если вы пересчитаете, изменив значение на 9,8, то, вероятно, получите необходимый ответ)

Желаю удачи
5
Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
01.10.2009, 01:36
общий
это ответ
Здравствуйте, mario.

Дано: m = 50 кг, s = 4 м, t = 2 с, α = 30º, f = 0,06.
Определить: A.

Изобразим груз на наклонной плоскости и приложенные к нему силы: силу тяжести G = mg, нормальную реакцию наклонной плоскости N, силу трения F[sub]тр[/sub], тяговую силу F. Направим ось абсцисс вдоль наклонной плоскости по направлению движения груза, а ось ординат – перпендикулярно к наклонной плоскости вверх.



Уравнение движения груза в проекциях на координатные оси имеет вид:
- в проекции на ось абсцисс:
m • a = F – m • g • sin α – Fтр = F – m • g • sin α – f • N; (1)
- в проекциях на ось ординат:
0 = N – m • g • cos α. (2)

Из уравнения (2) получаем N = m • g • cos α и, подставляя в уравнение (1), находим
F = m • a + m • g • sin α + f • m • g • cos α = m • (a + g • (sin α + f • cos α)). (3)

Полагая движение груза равноускоренным без начальной скорости, для нахождения ускорения воспользуемся известной из курса физики формулой s = a • t2/2, откуда
a = 2 • s/t2. (4)

С учетом выражения (4) формула (3) примет следующий вид:
F = m • (2 • s/t2 + g • (sin α + f • cos α)).
Следовательно, искомая работа равна
A = F • s = m • s • (2 • s/t2 + g • (sin α + f • cos α)). (5)

Подставляя в формулу (5) числовые значения величин, получаем
A = 50 • 4 • (2 • 4/22 + 9,81 • (sin 30º + 0.06 • cos 30º)) ≈ 1500 (Дж) = 1,5 кДж.
Получили указанный Вами ответ. С учетом правил действия над приближенными числами приведенная запись ответа правильнее указанной Вами. Но это не принципиально. Важнее отметить некоторую особенность задачи. В ее условии задано время движения. С учетом других исходных данных, содержащихся в условии, можно идти дальше двумя путями:
1) полагать, что задание времени равносильно указанию на равноускоренное движение груза. Соответствующее решение изложено выше;
2) полагать, что задание времени излишне, и рассматривать равномерное движение груза. Тогда, решая задачу, вместо выражений(1), (3) и (5) получим соответственно выражения
0 = F – m • g • sin α – f • N,
F = m • g • (sin α + f • cos α),
A = m • s • g • (sin α + f • cos α)
и ответ
A = 50 • 4 • 9,81 • (sin 30º + 0.06 • cos 30º) ≈ 1100 (Дж) = 1,1 кДж.
Разница между полученными ответами существенна. Вопрос о корректности приведенной Вами формулировки условия задачи оставим за рамками обсуждения…

С уважением.
5
Об авторе:
Facta loquuntur.
Форма ответа