Консультация № 176332
27.01.2010, 01:16
0.00 руб.
27.01.2010, 17:47
0 3 1
Еcли доcтаточно быcтро вращать ведeрко c водой на верeвке в вертикальной плоcкоcти, то вода не будет выливатьcя. При вращении ведeрка cила давления воды на дно не оcтаeтcя поcтоянной: она макcимальна в нижней точке и минимальна в верхней. Вода не будет выливатьcя, еcли cила еe давления на дно будет положительной во вcех точках траектории кроме верхней, где она может быть равной нулю. В верхней точке cила давления, выраженная в паcкалях, равна P=m((v2/L)-g), где m — маccа воды в килограммах, v — cкороcть движения ведeрка в м/c, L — длина верeвки в метрах, g — уcкорение cвободного падения (cчитайте g=10 м/c2). C какой наименьшей cкороcтью надо вращать ведeрко, чтобы вода не выливалаcь, еcли длина верeвки равна 40 cм?

Обсуждение

давно
Академик
20764
1861
27.01.2010, 08:19
общий
Это кто же вам так задачу запутал? Всё гораздо проще: в верхней точке центростремительное ускорение (V2/r) должно быть не меньше ускорения свободного падения. Так что
Vmin = [$8730$](g * L) Не забудьте длину верёвки в метры перевести
давно
Мастер-Эксперт
226425
1567
30.01.2010, 18:15
общий
это ответ
Здравствуйте, Litta.
При вращении ведра на веревке на воду действуют силы: F[sub]т[/sub] - сила тяжести, действующая со стороны Земли, и F[sub]у[/sub] - сила упругости со стороны дна ведра. Согласно 3-му закону Ньютона, сила упругости F[sub]у[/sub]=-Р, т.е. противоположна по направлению и равна по модулю силе давления Р (весу) воды на дно ведра. Кстати, хочется обратить внимание, что все силы, и сила давления Р в том числе, измеряются в ньютонах (Н), а в паскалях (Па) измеряется давление.

В верхней точке траектории обе силы, действующие на воду, - и сила Fт, и сила Fу направлены вниз и задают воде центростремительное ускорение [i]a[sub]n[/sub][/i], которое определяется по формуле
а[sub]n[/sub]=v2/R, или, учитывая, что R=L - длине веревки, то
а[sub]n[/sub]=v2/L (*)
В нижнем пределе скорости (v=vmin) вода не оказывает давления на дно (Р=0), следовательно, дно не давит на воду (Fу=0), следовательно, вода в ведре движется только под действием силы тяжести, т.е. с ускорением g. Но, пока еще, по дуге окружности, а значит ускорение силы тяжести g одновременно является и центростремительным ускорением (g=an).
Таким образом, с учетом формулы (*)
g=v2/L
Отсюда
v=[$8730$](g*L)=[$8730$](10*0.4)=2 м/с.

Другой способ решения и ход рассуждений:
Согласно 2-му закону Ньютона
F[sub]т[/sub]+F[sub]у[/sub]=ma[sub]n[/sub]
В проекции на ось х (домножая на -1):
Fт+Fу=man, an=v2/R, R=L, Fт=mg
тогда
mg+Fу=m*v2/L
учитывая, что в верхней точке траектории Fу=P=0, и сократив в левой и правой части массу m, получаем снова
g=v2/L
и далее, как в предыдущем случае

не могу понять, зачем в условии дается та формула... никчёмная здесь совершенно

Удачи
Об авторе:
С уважением
shvetski
давно
Мастер-Эксперт
226425
1567
30.01.2010, 18:33
общий
Хватов Сергей:
Это задача из сборника "Подготовка к ЕГЭ по математике" издан ФИПИ (федеральный институт педагогических измерений), при этом здесь она еще в отредактированном варианте, видимо, преподавателем, т.к. в оригинале условия где она может быть равной нулю нет, поэтому оригинальную задачу не один математик решить не может, поскольку условие cила еe давления на дно будет положительной во вcех точках траектории предполагает, что как раз к нулю приравнять-то мы ее и не можем. При решении получается, что ответ должен быть на какую-то малую величину больше 2 м/с - что записывать в бланк ответа ЕГЭ - никто не знает.

И зачем там дается эта формула, и при этом утверждается, что сила измеряется в Па... ... ...
Об авторе:
С уважением
shvetski
Форма ответа