Консультация № 200804
09.05.2021, 07:55
0.00 руб.
13.05.2021, 16:13
0 23 3
Здравствуйте, уважаемые эксперты! Прошу вас ответить на следующий вопрос: Автомобиль трогается с места и, двигаетсяясь равноускоренно, за время t проходит путь S на подъеме с углом наклона [$945$] к плоскости горизонта. Масса автомобиля m, КПД двигателя [$627$], расход бензина при среднем коэффициенте сопротивления движению k составляет V. Найти путь S. Дано: t = 15 с; уголь [$945$]=6,5[$176$]; m = 2,3 т; [$951$] = 0,3; k = 0,12; V = 76 мл; [$961$]бензина = 0,7*10^3 кг/м3; q бензина = 46 МДж/[s]м3[/s]кг

Обсуждение

давно
Посетитель
226425
1567
09.05.2021, 12:13
общий
Адресаты:
Автор, проверьте, пожалуйста, условие в части "q бензина..." . Скорее всего, у вас там ошибка в единице измерения - должно быть МДж/кг.
Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
09.05.2021, 12:26
общий
09.05.2021, 15:29
это ответ
Здравствуйте, zvezdavolopasa!

Предлагаю Вам следующее решение задачи.

Дано: автомобиль двигается равноускоренно; м/с -- начальная скорость автомобиля; т кг -- масса автомобиля; -- угол наклона плоскости, по которой движется автомобиль, к плоскости горизонта; с -- время движения автомобиля; -- КПД двигателя автомобиля; -- коэффициент сопротивления движению автомобиля; мл м3 -- расход бензина; кг/м3 -- плотность бензина; Дж/кг -- удельная теплота сгорания бензина (именно в этих единицах измерения, согласно [1]).
Определить: -- путь, пройденный автомобилем.

Решение


Выполним рисунок к задаче (прикреплённый файл).

На автомобиль, который поднимается по наклонной плоскости, действуют сила тяжести нормальная реакция наклонной плоскости, сила сопротивления движению (её модуль сила тяги двигателя автомобиля. Согласно второму закону Ньютона, в проекциях на направление движения автомобиля получим



Имеем, согласно [2],
-- масса бензина, расходованного при движении автомобиля;
-- количество теплоты, выделившейся при сгорании бензина;
-- количество теплоты, затраченной на выполнение полезной работы;
-- работа, выполненная при движении автомобиля равнодействующей силы тяги автомобиля и силы сопротивления движению автомобиля;

Отсюда получим



Чтобы уменьшить вероятность ошибки, подставим в последнее уравнение числовые данные. Получим
(Дж/кг),

(м/с2),






(м).


Ответ: м.

Использованные источники
1. Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива
2. Аксенович Л. А., Ракина Н. Н., Фарино К. С. Физика в средней школе. Теория. Задания. Тесты. -- Минск: Адукацыя i выхаванне, 2004.
Прикрепленные файлы:
Безымянный.png
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Посетитель
226425
1567
09.05.2021, 13:46
общий
Адресаты:

Андрей Владимирович,
КПД двигателя - отношение полезной работы к работе совершенной.
Полезная работа - произведение силы тяги двигателя на перемещение, совершенное под действием этой силы.
Совершенная работа - количество теплоты, полученное при сжигании топлива.
Таким образом,
[$951$]=Апол/Q=Fт*s/q[$961$]V
Отсюда у вас ошибка в первой формуле центрального столбика, а именно...
... в левой части мы имеем все-таки не равнодействующую всех сил, а именно силу тяги двигателя, которую еще нужно найти, используя основное уравнение динамики Ньютона, раскладывая его по осям координат.
Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
09.05.2021, 14:19
общий
Адресаты:
Я исправил решение задачи в соответствии с вновь появившимися соображениями.Предыдущее сообщение в мини-форуме консультации удалил.

Работа, которую можно вычислить, зная расход бензина, производит сила тяги двигателя с учётом силы сопротивления движению, то есть их равнодействующая Дополнительную отрицательную работу производит сила тяжести, действующая на автомобиль, находящийся на наклонной плоскости (эта работа равна ).
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Посетитель
226425
1567
09.05.2021, 14:28
общий
Адресаты:

у меня получилось 68 м... в два раза меньше... надо проверить - я могу, конечно, не очень внимательным быть

Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
09.05.2021, 14:39
общий
Адресаты:
Проверьте, пожалуйста. :)
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Посетитель
226425
1567
09.05.2021, 16:09
общий
Адресаты:

Отложу до завтра.... наверно.... что-то совсем всё разное получается - чем больше проверяю, тем больше ответов
Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
10.05.2021, 02:13
общий
Адресаты:
Вам помочь сделать проверку в Маткаде?
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
10.05.2021, 06:08
общий
Адресаты:
Не нужно. Спасибо за предложение! :)
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Посетитель
405014
8
10.05.2021, 07:04
общий
Доброго времени суток, уважаемы эксперты! Да действительно в условии ошибка в единицах измерения удельной теплоты сгорания бензина - должно быть МджМДж/кг, ачипяталась . Спасибо за консультацию, только не понятно, что подразумевается под переменной D, следовательно и дальше ход решения не понятен . Просто у меня при вычислениях получилась вот такая формула, и я из нее никак не могу вывести переменную S.
Прикрепленные файлы:
Безымянный.jpg
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
10.05.2021, 07:21
общий
Адресаты:
Цитата: zvezdavolopasa
Просто у меня при вычислениях получилась вот такая формула, и я из нее никак не могу вывести переменную S.

Если Вас интересует только это, то (исправляя ошибку в показателе степени при и не обращая внимания на другие возможные Ваши ошибки)




Чтобы определить нужно решить полученное квадратное уравнение.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Посетитель
405014
8
10.05.2021, 10:18
общий
После решения квадратного уравнения S получается около 184 м. Уважаемые эксперты так какое решение у этой задачи и какой правильный ответ то должен получится: 136 м, 68 м или что то другое?
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
10.05.2021, 10:42
общий
Адресаты:
Вы спрашивали "не понятно, что подразумевается под переменной D" - D - это Дискриминант (обще-принятое обозначение), см учебную статью "Горячие формулы школьного курса математики" mathprofi.ru/goryachie_formuly.pdf (ссылка) \ абзац "Решение квадратного уравнения".
давно
Посетитель
226425
1567
11.05.2021, 00:53
общий
13.05.2021, 16:14
это ответ
Дано:
v0=0
t=15c
[$945$]=6,5[$186$]
m=2,3*103кг
[$627$]=0,3
k=0,12
V=76*10-6м3
[$961$]=700 кг/м3
q=46*106Дж/кг
Найти:S
Решение:

1) Все задачи, в которых есть аббревиатура "КПД", я начинаю решать с формулы (*)
[$627$]=АПОЛСОВ (*)
А затем соображаем, что в данной задаче есть работа полезная (АПОЛ), а что - совершенная (АСОВ)
В нашем случае
AПОЛ=FТ*S (1)
АСОВ=Q=q[$961$]V (2)
Тогда
[$627$]=FТ*S/q[$961$]V (**)
2) В последней формуле (**) неизвестна сила тяги двигателя FT. Её найдем, составив уравнение сил по 2-му закону Ньютона.(В следующей записи все обозначения, выделенные жирным шрифтом - вектора)
mg+N+F[sub]Т[/sub]+F[sub]C[/sub]=ma (3)
(FC=kN - сила сопротивления).
Проецируем на оси координат:
- в проекции на ось х
-mg*sin[$945$]+FТ-kN=ma (3.1)
(Ускорение a=2S/t2)
- в проекции на ось y
-mg*cos[$945$]+N=0 (3.2)
Из (3.2) имеем
N=mg*cos[$945$]
Тогда из (3.1)
FТ=2mS/t2+mg*sin[$945$]+kN
Или, с учетом (3.2)
FТ=2mS/t2+mg*sin[$945$]+mgk*cos[$945$] (4)
Подставим (4) в (**), получим
[$627$]=[(2mS2/t2)+mgS(sin[$945$]+k*cos[$945$])]/(q[$961$]V) (***)
Из последнего уравнения (***) получаем квадратное уравнение относительно неизвестной S
А*S2+B*S+C=0 (5)
где
А=2m/t2=2*2,3*103/152=204,4[$8776$]0,02*103
B=mg(sin[$945$]+k*cos[$945$])=2,3*103*10*(0,113+0,12*0,994)=5,3*103
C=-[$627$]q[$961$]V=-0,3*46*106*700*76*10-6=-734,2*103
Общий множитель 103 можно вынести за скобки и рассчитать дискриминант и корни уравнения уже без него. Получим:
D=B2-4AC=5,32-4*0,02*(-734,2)[$8776$]87
Тогда искомый путь
S=(-B[$177$][$8730$]D)/2A =( -5,3[$177$]9,3)/2*0,02;
S1<0 - не удовлетворяет условию задачи;
S2=(-5,3+9,3)/2*0,02=100 м
*******
Итак, после многократных и несколькочасовых перерасчетов окончательный ответ
S=100м
*******
Удачи
5
Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
13.05.2021, 15:30
общий
13.05.2021, 16:13
это ответ
Дано: Масса автомобиля m = 2,3·103 кг , Время разгона tr = 15 c , угол наклона [$945$] = 6,5° , КПД двигателя [$951$] = 0,3 , коэффициент сопротивления движению k = 0,12 , Расход бензина V = 7,6·10-6 м3, Плотность бензина [$961$] = 700 кг/м3 ,
Вычислить путь S .

Лучшие эксперты Портала уже отправили Вам 2 Ответа. Но поскольку эти Ответы НЕ совпали, значит, где-то в решении присутствует ошибка, и надо искать её, чтоб авторы вопросов не уходили от нас с недоделками / сомнениями.

Задача Ваша - необычная, потому что в жизни транспортные средства не разгоняются с постоянным ускорением. При некоторой постоянной мощности двигателя ускорение максимально в начале разгона, и затем затухает по мере увеличения скорости. Это особенно заметно на старте самолёта в начале взлётной полосы, когда пилот уже задал макси-обороты двигателя и отпустил тормоза. Сильное ускорение прижимает всех пассажиров к спинкам кресел. Но после взлёта обороты двигателя НЕ стихают (шум стабилен), а ускорение убавляется до нуля. Этот процесс хорошо описывается упрощённой формулой (без учёта сопротивлений):
P = F·V = m·a·V , где P - мощность двигателя, F - сила тяги, V - скорость, m - масса, a - ускорение. То есть, при постоянной мощности двигателя ускорение обратно пропорционально набранной скорости.

Придётся представить, будто в нашей задаче какой-то бортовой компьютер или искусный водитель сильно ограничивает мощность двигателя на старте и затем плавно "добавляет газу", чтоб обеспечить Условие "Автомобиль … двигается равноускоренно…".
Среди многочисленных параметров задачи здесь ключевой величиной является Ускорение. Через него мы можем легко выразить все прочие величины. А само это ускорение ограничено дозой истраченного топлива, его энергией. Значит, и связывать ускорение с расходом бензина проще через формулы Энергии. Закон сохранения энергии прост: Исходная энергия одного вида перешла в энергию другого вида. Нам осталось все виды энергий расписать в виде формул - составить уравнение.

Исходная энергия сгоревшего бензина Q = q·[$961$]·V = 2,45 МДж - тут удельная теплота сгорания бензина q = 46·106 Дж/кг (Андрей Владимирович нашёл эту норму в справочнике при подготовке своего выше-Ответа)

Двигатель превратил тепловую энергию в механическую, зафиксируем её как механическая РаботаЗатраченная:
A = Q·[$951$] = 734 кДж .
Ассоциировать [$951$] с силой тяги [$951$] = FТ·S / (q·[$961$]·V) - как это сделано во 2м ответе, вероятно тоже можно, но рискованно, тк параметр [$951$] задан в Условии как "КПД двигателя" (а не всей системы) - и надёжнее использовать этот КПД "в чистом виде" как конкретный коэффициент пересчёта тепловой энергии топлива в механическую энергию двигателя, которая разгоняет автомобиль. Не будем впутывать в формулу сомнительные вторичные силы.

В какие виды энергии превратилась полученная механическая РаботаЗатраченная ? Составим главное уравнение задачи:
A = Ap + Ak + Aso
Тут Ap = m·g·h - потенциальная энергия поднятия автомобиля на высоту h = S·sin([$945$])
Ak = m·Vk2 / 2 - кинетическая энергия автомобиля, разогнанного до конечной скорости Vk = a·tr
Aso = Fso·S - энергия потерь на сопротивление движению, она перешла в тепло.
Fso = m·g·k·cos([$945$]) - сила, противодействующая разгону. Она зависит от угла [$945$] (в отличие от выше-Ответа N1, см статьи "Силы трения. Физика10й-кл" Ссылка1 и "Силы сопротивлени движению" Ссылка2 )

Передаём эти данные в вычислитель-приложение Маткад (ссылка3) . Маткад выполняет рутинные вычисления быстро и избавляет меня от частых ошибок. Маткад-скриншот прилагаю. Я добавил в него подробные комментарии зелёным цветом.

Ответ : Путь автомобиля равен 101 м.
Сделаем тщательную проверку убедиться в отсутствии ошибок. Попытаемся получить обратно из вычисленного Путь-значения заданный нам Расход бензина, но сделаем это другим, альтернативным методом, ч-з расклад сил. Расход должен совпасть с величиной V = 76 мл, заданной в Условии.
Проверка выполнена в Маткаде успешно, значения совпали с высокой точностью (Маткад вычисляет с поразительной точностью 15 значащих цифр! Но на экран выводит значения округлённые по-умолчанию до 3х знаков после зпт, можно изменить).
Если что-то непонятно, спрашивайте в мини-форуме.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
13.05.2021, 15:41
общий
Адресаты:
Для ускорения своего Ответа я скопировал окультуренное Условие из Вашего Ответа. Но вместо экономии времени я потерял пол-часа на поиск ошибки изза досадной описки в Вашем Дано-абзаце. Исправьте пожалуйста Ваше V = 7,6·10^-6 на 76·10^-6.
Заодно исправьте Вопрос-текст q = 46 МДж/м3 на q = 46 МДж/кг .
давно
Посетитель
226425
1567
13.05.2021, 16:19
общий
Адресаты:

Владимир Николаевич, каюсь, и прошу Вашего прощения... обязуюсь отработать... исправил
Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Посетитель
400728
1649
15.05.2021, 05:46
общий
Адресаты:
[forid=259041]Уважаемый Владимир Николаевич, выложите маткад -файл этой задачи. не удаляется этот пост....
давно
Посетитель
400728
1649
15.05.2021, 05:48
общий
Адресаты:
Уважаемый Владимир Николаевич, выложите маткад -файл этой задачи
давно
Посетитель
400728
1649
15.05.2021, 05:53
общий
Адресаты:
Цитата: zvezdavolopasa
какой правильный ответ то должен получится: 136 м, 68 м или что то другое?
а какой ответ засчитал преподаватель?
давно
Посетитель
400728
1649
15.05.2021, 06:07
общий
Адресаты:
Если что-то непонятно, спрашивайте в мини-форуме.
как выглядит проверка в Маткаде?
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
15.05.2021, 11:03
общий
Адресаты:
Вы спрашивали : "как выглядит проверка в Маткаде?" - разве Вы не видите скриншот моего Ответа? Как Вы видите проверку, так она и выглядит: Начиная от слова "Проверка: " и кончая тождеством "Vp = V - Проверка успешна".
Запрошенный Вами Маткад-файл прилагаю.
Прикрепленные файлы:
200804 АвтомобРазгон.zip
давно
Посетитель
400728
1649
15.05.2021, 11:11
общий
Адресаты:
Цитата: Алексеев Владимир Николаевич
Вы спрашивали : "как выглядит проверка в Маткаде?" - разве Вы не видите скриншот моего Ответа?

простите... увидел
Форма ответа