Консультация № 195927
01.07.2019, 12:25
0.00 руб.
0 11 2
Здравствуйте! У меня возникли сложности с таким вопросом:
В координатной плоскости XY задана потенциальная сила F ⃗(x;y). Найти работу этой силы по перемещению частицы из точки с координатами (x_1,y_1 ) в точку с координатами (x_2,y_2 ).

F ⃗=Ay(yi ⃗+2xj ⃗)
A=-2 Н/м^2
x_1=-2 м
y_1=1 м
x_2=1 м
y_2=-3 м

У меня вроде получилось вывести
-Fx=A^2
-Fy=2Axy

Ay=1/3 y^3 +C
A2xy=yx^2 + C

А дальше тупик...

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
02.07.2019, 06:45
общий
Адресаты:
На странице znanija.com/task/24937574 показано решение задачи, очень похожей на Вашу. Там тоже "В координатной плоскости XY задана потенциальная сила F (x,у ). Найти работу этой силы по перемещению частицы из точки с координатами (x1, y1) в точку с координатами (x2, y2)", только значения другие.

Достаточно ли Вам этой информации для самостоятельного решения или Вы ещё нуждаетесь в помощи?
давно
Посетитель
403156
2
02.07.2019, 06:56
общий
Цитата: Алексеев Владимир Николаевич
Я по этому примеру и пыталась решить
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
02.07.2019, 14:01
общий
Адресаты:
Уточните, пожалуйста, каким выражением задана сила
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
02.07.2019, 15:01
общий
03.07.2019, 09:50
Адресаты:
Вы писали "Я по этому примеру и пыталась решить" - так надо было и показать экспертам этот пример. На поиски его у меня ушло много времени. Решение из примера мне не понятно. Но там условие задачи написано красивыми формулами, и хоть что-то проясняет лучше, чем Ваши корявые символы. Сопоставляя тот пример и Ваш, я догадываюсь, что в Вашей формуле силы F буквами x и y обозначены скалярные величины со знаком, а i и j - единичные векторы, направленные вдоль осей y и x соответственно.

Если я верно понял, тогда начинаем с классической формулы из Справочника по физике: Механическая работа равна произведению силы на путь, пройденный телом A = F*S . В этой школьной формуле значение силы постоянно, а векторы силы и пути совпадают. В Вашей задаче сила зависит от координат и не совпадает с направлением пути. Значит, элементарная работа будет... (перемещено в форму Ответа)

Моё решение получается громоздким, я не успеваю закончить его сегодня (Мой лимит времени исчерпан, на ДальВостоке уже поздний вечер). Возможно, кто-то из экспертов предложит решение поизящнее?
Отправляю Вам выкладки в Маткаде. Прошу Вас подтвердить или поправить, верно ли моё понимание условия Вашей задачи?
Если Да, то завтра запустим интеграл с Ответом.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
02.07.2019, 15:05
общий
Адресаты:
Андрей Владимирович, если Вы хотите решить эту задачу, то я буду благодарен Вам за экономию моего времени. За Ваши поправки/подсказки тоже скажу "Спасибо".
давно
Посетитель
403156
2
02.07.2019, 15:29
общий
Извините за неясную формулировку. Вот само задание, вариант 14. Спасибо огромное что помогаете, таким бестолковым как я .
А так, Владимир Николаевич, я только решила проекции вектора силы F, как у Вас.
Ещё я рада что это последнее задание из 20, которое я не решила
Прикрепленные файлы:
ce1f87d970750948c7040a4932df42ad.png
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
02.07.2019, 15:49
общий
Адресаты:

Цитата: Алексеев Владимир Николаевич
В условии задачи не задана траектория пути. Возможно результат решения зависит от траектории, и тогда трудно выбрать порядок интегрирования (сначала по dx или сначала по dy ?).


Цитата: Першина Наталия Дмитриевна
В координатной плоскости XY задана потенциальная сила F ⃗(x;y).
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
03.07.2019, 03:32
общий
это ответ
Здравствуйте, natasha.ia!

Согласно [1, с. 62], сила называется потенциальной, или консервативной, если её работа вдоль любого замкнутого контура равна нулю. Из курса физики известно, что в этом случае работа силы по перемещению частицы из точки в точку не зависит от траектории частицы и, в частности, можно считать, что частица движется по прямой линии. Этим можно воспользоваться для вычисления работы. Проще, однако, поступить иначе.

В выражении для силы

обозначим

При этом выполняются равенства

где -- силовая, или потенциальная, функция [1, с. 264 -- 265], [2, с. 62 -- 63]. Чтобы определить эту функцию, составим систему уравнений с частными производными

Интегрируя первое уравнение по получим

(здесь роль постоянной интегрирования играет любая функция ). Далее, дифференцируя полученную функцию по переменной и используя второе равенство системы, получим уравнение

откуда Следовательно, искомая силовая функция задаётся выражением


Согласно [2, с. 64], искомая работа составляет
(Дж).


Литература
1. Яворский Б. М., Детлаф А. А., Лебедев А. К. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. -- М.: ООО "Издательство Оникс", 2007. -- 1056 с.
2. Лунгу К. Н. и др. Сборник задач по высшей математике. 2 курс. -- М.: Айрис-пресс, 2007. -- 592 с.
5
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
03.07.2019, 05:55
общий
это ответ
Здравствуйте, natasha.ia!
Согласно классической формуле из Справочника по физике: "Механическая работа равна произведению силы на путь, пройденный телом"
A = F*S
В этой школьной формуле значение силы постоянно, а векторы силы и пути совпадают. В Вашей задаче сила зависит от координат и НЕ совпадает с направлением пути. Значит элементарная работа будет
dW = F(x,y)·dS·Cos([$966$])
где [$966$] - угол между направлениями векторов пути и силы.
В этой формуле мне пришлось заменить букву A на W во избежание путаницы, поскольку буква A уже занята в Условии Вашей задачи. Заметьте, если направления силы и пути взаимно-перпендикулярны, то Cos([$966$])=0 , и Работа тоже будет =0. А для углов [$966$]>90° работа превращается в анти-работу со знаком минус!

В условии задачи не задана траектория пути. Возникает вопрос: по которой переменной X либо Y начинать интегрирование, чтобы получить правильный результат? А результат (искомая работа силы по перемещению частицы) зависит от траектории перемещения, поскольку значение силы не постоянно, и более того, оно зависит от координат частицы даже НЕ линейно, а во 2й степени!

Будем считать, будто частица движется по прямой (кратчайшему расстоянию) от точки т1 с координатами X1,Y1 до точки т2 с координатами X2,Y2. Тогда координаты текущие X и Y жёстко связаны уравнением прямой на плоскости. И тогда достаточно интегрировать только по dx , а Y будет функцией от X .

Моё решение в вычислительном приложении Маткад ru.wikipedia.org/wiki/Mathcad выглядит избыточным. Таблица, График и программный блок для их создания НЕ нужны для Решения Вашей задачи. Просто Ваше некорректно-написанное условие породило у меня сомнение, будто вектор силы будет так крутиться в зависимости от координат пути, что итоговая работа получится близка к нулю или отрицательна. Но по счастливой случайности или прозорливости создателей Задачи вектор силы лишь немного отклоняется от вектора пути (см Таблицу и График), несмотря на абстрактно-отрицательный коэффициет "A" в Условии.

Ответ : Искомая работа силы по перемещению частицы равна 3,4 Дж
Я постарался снабдить своё решение подробными комментариями (зелёным цветом на скриншотах). Если у Вас всё-таки возникнут вопросы, задавайте их в минифоруме Вашей Консультации. Удачи!
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
03.07.2019, 14:03
общий
03.07.2019, 14:04
Адресаты:
Спасибо, Андрей Владимирович. Только сегодня, из Вашего Ответа я узнал о существовании понятия "потенциальная сила".
Цитата ГордиенкоА.В: "сила называется потенциальной, или консервативной, если её работа вдоль любого замкнутого контура равна нулю" - странная сила. Чего только не придумают теоретики? А нужна ли такая абстрактная сила кому-нибудь на практике?

Как Вы думаете, почему в наших Ответах значения вычисленной работы отличаются на 15% ?
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
05.07.2019, 15:52
общий
Я несколько раз пере-проверял свой Ответ разными способами, дополнил скриншот Проверки. Но выявить ошибку не удалось. Я полагаю, что ошибки нет, просто разные методы решения возвращают немного различные результаты.

У меня было желание удалить свой Ответ, как НЕ соответствующий Условию задачи "задана потенциальная сила". Но потом я подумал, что читателям рассылки вероятно полезно будет знать о различии результатов в зависимости от применяемых методов решения. Если подобную задачу придётся решать на практике, надо сначала определить тип силы : потенциальная она либо обычная (классическая), и тогда использовать для решения наиболее подходящий метод.
Форма ответа