Тематика практических занятий 2 страница

2-14. К бруску массой m, который лежит на горизонтальной поверхности, приложена сила F = mg/2. Брусок движется прямолинейно. Угол между направлением силы и горизонтом изменяется по закону α = b·S, где b =const. Выразить скорость как функцию угла α.

2-15. В системе, изображенной на рисунке, масса

тела 1 в 2 раза больше массы тела 2. Высота

h = 60 см. На какую высоту поднимется второе

тело, если его отпустить? 1

h 2

2-16. Через блок, прикрепленный к потолку кабины лифта, перекинута нить, к концам которой прикреплены грузы массами m₁и m₂. Кабина поднимается с ускорением а. Определить силу, с которой блок действует на потолок кабины.

2-17. Нить может выдержать силу натяжения F = 20 Н. На нить подвесили груз массой m = 1 кг. На какой максимальный угол можно отклонить тело от положения равновесия, чтобы нить не разорвалась в момент прохождения телом положения равновесия? Трением пренебречь.

2-18. Тело, лежащее на горизонтальной плоскости, тянут за нерастяжимую, невесомую нить в горизонтальном направлении. Изобразить графически зависимость силы трения, действующей со стороны плоскости на тело, от силы натяжения нити. Масса тела равняется 200 г, коэффициент трения 0,3, а g = 10 м/с².

2-19. На горизонтально расположенной доске лежит брусок массой m. Доску медленно поднимают. Считая коэффициент трения равным μ, определить зависимость силы трения, действующей на брусок, от угла наклона доски a. Построить график.

2-20. m₁ F На гладкой горизонтальной поверхности расположена

m₂ система грузов (см. рис.). Груз массой m₂ тянут с си-

лой F. Определить ускорение всех грузов, если коэффициент трения между грузами m₁ и m₂ равен μ.

2-21. От поезда массой М, который движется равномерно, отцепляется последний вагон массой m. На каком расстоянии будет находиться поезд от остановившегося вагона, если вагон прошел до остановки путь S? Трение поезда не зависит от скорости.

2-22. Ледяная гора составляет с горизонтом угол 15⁰. По ней пускают снизу вверх санки, которые, поднявшись на некоторую высоту, спускаются вниз по тому же пути. Определить коэффициент трения, если время спуска больше времени подъема в 3 раза.

2-23. Во сколько раз скорость капли дождя радиусом r₁ =3 мм больше скорости капли радиусом r₂ = 1 мм при падении их с большой высоты, если сила сопротивления воздуха F =ρ·r²· v ². Плотность воздуха ρ = 1,3 кг/м³.

2-24. Для измерения массы космонавта на орбитальной станции используется подвижное сиденье массой m, прикрепленное к пружине. При одинаковой деформации пружины пустое сиденье возвращается в исходное положение через время t, а с космонавтом через время t₁ > t. Определить массу космонавта m₁.

2-25. Маляр работает в подвесной люльке. Для того чтобы

подняться вверх, он тянет за веревку с такой силой, что сила его

давления на пол люльки стала равна 500 Н. Определить ускорение

люльки и силу натяжения троса, если масса маляра 80 кг, масса

люльки 20 кг, а g = 9,8 м/с² (см. рис.).

2-26. Тонкостенный цилиндр с диаметром основания D = 30 см и массой m = 12 кг вращается относительно продольной оси, проходящей через центр основания, согласно уравнению j = A + B×t + С×t³, где А = 4 рад; В = -2 рад/с; С = 0,2 рад/с³. Определить действующий на цилиндр момент сил в момент времени t = 3 с.

2-27. Однородный диск радиусом R = 0,2 м и весом Р = 5 Н вращается вокруг оси, проходящей через его центр. Зависимость угловой скорости вращения диска от времени дается уравнением w = А + В×t, где В = 8 рад/с². Найти величину силы, приложенной по касательной к ободу диска. Трением пренебречь.

2-28. Нить с привязанными к ее концам грузами массой m₁ = 50 г и m₂ = 60 г перекинута через блок диаметром d = 4 см. Определить момент инерции блока, если под действием силы тяжести грузов он получил угловое ускорение e = 1,5 рад/с².

2-29. На барабан массой m₁ = 10 кг намотан шнур, к концу которого привязан груз массой m₂ = 2 кг. Найти ускорение груза. Барабан считать однородным цилиндром.

2-30. Две гири разной массы соединены нитью, перекинутой через блок, момент инерции которого J = 50 кг×м² и радиус R = 98,1 м. Найти разность натяжений нити по обе стороны блока, если известно, что блок вращается с постоянным угловым ускорением e = 2,36 рад/с².

2-31. Диск массой m = 0,5 кг и диаметром d = 400 мм вращается с угловой скоростью w = 157 с^-1. При торможении он останавливается в течение времени t = 10 с. Найти среднюю величину тормозящего момента сил.

2-32. Через блок, выполненный в виде тонкого обруча массой m₁ = 200 г, перекинута нить, к концам которой привязаны грузы m₂ = 100 г и m₃ = 300 г. Определить ускорение, с которым будут двигаться грузы, и силы натяжения нити по обе стороны блока.

2-33. Стержень вращается вокруг оси, проходящей через его середину согласно уравнению j = A×t + В×t³, где А = 2 рад/с, В = 0,2 рад/с³. Определить вращающий момент, действующий на стержень в момент времени t = 2 с, если момент инерции стержня J = 0,048 кг×м².

2-34. На обод маховика диаметром d = 60 см намотан шнур, к концу которого привязан груз массой m = 2 кг. Определить момент инерции маховика, если он, вращаясь равноускоренно под действием силы тяжести груза, за время t = 3 с приобрел угловую скорость w = 9 рад/с.

2-35. По наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол a = 30°, скатывается без скольжения большой однородный цилиндр массой m = 30 г. Найти величину силы трения цилиндра о плоскость.

2-36. Шар и сплошной цилиндр, двигаясь с одинаковой скоростью, вкатываются вверх по наклонной плоскости. Найти отношение высот подъема шара и цилиндра. Радиусы шара и цилиндра одинаковы.

2-37. Шар и сплошной цилиндр, двигаясь с одинаковой скоростью, вкатываются вверх по наклонной плоскости. Найти отношение высот подъема шара и цилиндра, если радиус шара в 2 раза больше радиуса основания цилиндра.

2-38. Определить скорость поступательного движения сплошного цилиндра, скатившегося с наклонной плоскости высотой h = 20 см.

2-39. Тонкостенный цилиндр с диаметром основания D = 20 см и массой m = 6 кг вращается согласно уравнению j = A + B×t + С×t³, где А = 5 рад; В = -1 рад/с;
С = 0,2 рад/с³. Определить действующий на цилиндр момент сил М в момент времени t = 3 с.

2-40. На обод маховика диаметром d = 40 см намотан шнур, к концу которого привязан груз массой m = 5 кг. Определить момент инерции J маховика, если он, вращаясь равноускоренно под действием силы тяжести груза, за время t = 6 с приобрел угловую скорость w = 12 рад/с.

2-41. Нить с привязанными к ее концам грузами массой m₁ = 80 г и m₂ = 40 г перекинута через блок диаметром D = 4 см. Определить момент инерции блока, если под действием силы тяжести грузов он получил угловое ускорение e = 1,5 рад/с².

2-42. Стержень вращается вокруг оси, проходящей через его середину согласно уравнению j = A×t + В×t³, где А = 6 рад/с, В = 0,3 рад/с³. Определить вращающий момент М, действующий на стержень в момент времени t = 5 с, если момент инерции стержня J = 0,048 кг×м².

2-43. Определить момент силы М, который необходимо приложить к блоку, вращающемуся с частотой n = 12 с^-1, чтобы он остановился в течение времени Dt = 8 с. Диаметр блока D = 30 см. Массу блока m = 6 кг считать равномерно распределенной по ободу.

2-44. Блок, имеющий форму диска массой m = 0,4 кг, вращается под действием силы натяжения нити, к концам которой подвешены грузы массами m₁ = 0,3 кг и m₂ = 0,7 кг. Определить силы Т₁ и Т₂ натяжения нити по обе стороны блока.

2-45. Определить момент инерции стержня длиной L и массой М относительно оси: а) проходящей через середину стержня и составляющей с ним угол α;

б) перпендикулярной к стержню и отстоящей от его середины на расстоянии а.

2-46. Пожарный брандспойт длиной L =30 см выбрасывает струю воды под углом a = 45° к горизонту и равномерно поворачивается на угол β = 60⁰ за 2 с вокруг вертикальной оси, проходящей через один из его концов. Определить вращающий момент брандспойта, если он выбросил за это время 10 кг воды, плотность которой 10³ кг/м³.

2-47. Ядро, летевшее горизонтально со скоростью v= 15 м/с, разорвалось на два осколка массами m₁ = 5 кг и m₂ = 10 кг. Скорость второго осколка v₂ = 25 м/с и направлена горизонтально в сторону движения ядра до разрыва. Определить скорость первого осколка.

2-48. Пуля, летящая горизонтально, попадает в шар, подвешенный на очень легком жестком стержне и застревает в нем. Масса пули в 1000 раз меньше массы шара. Расстояние от точки подвеса стержня до центра шара равно 1 м. Найти первоначальную скорость пули, если стержень с шаром отклонился от удара пули на угол 10°.

2-49. Снаряд, летевший со скоростью v = 400 м/с, разорвался на два осколка. Меньший осколок, масса которого составляет 40% от массы снаряда, полетел в противоположном направлении со скоростью v₁ = 150 м/с. Определить скорость большего осколка.

2-50. С высоты h = 2 м на стальную плиту свободно падает шарик массой m = 200 г и подпрыгивает на высоту h = 0,5 м. Определить импульс, полученный шариком при ударе.

2-51. При горизонтальном полете со скоростью v= 250 м/с снаряд массой m = 8 кг разорвался на две части. Большая часть массой m₁ = 6 кг получила скорость v₁ = 400 м/с в направлении полета снаряда. Определить абсолютное значение и направление скорости меньшей части снаряда.

2-52. Определить импульс, полученный стенкой при ударе об нее шарика массой
m = 300 г, если шарик двигается со скоростью v = 8 м/с под углом a = 60° к плоскости стенки. Удар о стенку считать упругим.

2-53. На гладкой горизонтальной поверхности на некотором расстоянии от вертикальной стенки находится шар массой М. От стенки к первому шару движется второй шар массой m < M со скоростью V₀ и упруго сталкивается с первым. При каком соотношении масс второй шар достигнет после удара стенки и, отразившись, догонит первый шар?

2-54. Вагон массой m = 35 т движется на упор со скоростью v = 0,2 м/с. При торможении вагона буферные пружины сжимаются на 12 см. Определить максимальную силу сжатия буферных пружин и продолжительность торможения.

2-55. Шар массой m₁ = 5 кг движется со скоростью v₁ = 1 м/с и сталкивается с покоящимся шаром массой m₂ = 2 кг. Определить скорости u ₁ и u ₂ шаров после удара. Шары считать однородными и абсолютно упругими, удар - прямым, центральным.

2-56. Лодка длиной l = 3 м и массой m = 120 кг стоит на спокойной воде. На носу и корме находятся два рыбака массами m₁ = 60 кг и m₂ = 90 кг. На сколько сдвинется лодка относительно воды, если рыбаки пройдут по лодке и поменяются местами?

2-57. На сколько переместится относительно берега лодка длиной l = 3,5 м и массой
m₁ = 200 кг, если стоящий на корме человек массой m₂ = 80 кг переместится на нос лодки? Считать лодку расположенной перпендикулярно берегу.

2-58. Плот массой m = 150 кг и длиной l = 2 м плавает на воде. На плоту находится человек, масса которого m₁ = 80 кг. С какой наименьшей скоростью и под каким углом к плоскости горизонта должен прыгнуть человек вдоль плота, чтобы попасть на его противоположный край?

2-59. Конькобежец массой m = 70 кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении камень массой m₁ = 3 кг со скоростью v = 8 м/с. Найти, на какое расстояние откатится при этом конькобежец, если известно, что коэффициент трения коньков о лед k = 0,02.

2-60. Граната, летящая со скоростью v = 10 м/с, разорвалась на два осколка. Больший осколок, масса которого составляла 60% массы всей гранаты, продолжал двигаться в прежнем направлении, но с увеличенной скоростью, равной v₁ = 25 м/с. Найти скорость меньшего осколка.

2-61. Горизонтальная платформа массой М = 100 кг вращается, делая 10 об/мин. Человек массой m = 60 кг находится на краю платформы. С какой скоростью начнет вращаться платформа, если человек перейдет от края платформы к ее центру? Считать платформу однородным диском, а человека - точечной массой.

2-62. Шар скатывается с наклонной плоскости высотой h = 90 см. Какую линейную скорость будет иметь центр шара в тот момент, когда скатится с наклонной плоскости?

2-63. Платформа, имеющая форму диска, может вращаться около вертикальной оси. На краю платформы стоит человек. На какой угол повернется платформа, если человек пойдет вдоль края платформы и, обойдя ее, вернется в исходную точку? Масса платформы М = 280 кг, масса человека m = 80 кг. Момент инерции человека рассчитывать как для материальной точки.

2-64. Горизонтальная платформа массой m = 80 кг и радиусом R = 1 м вращается с угловой скоростью, соответствующей частоте n₁ = 20 об/мин. В центре платформы стоит человек и держит на вытянутых в разные стороны руках гири. Какое число оборотов в минуту будет делать платформа, если человек, опустив руки, уменьшит свой момент инерции от J₁ = 2,94 кг×м² до J₂ = 0,98 кг×м²? Считать платформу круглым однородным диском.

2-65. Телеграфный столб высотой h = 5 м подпиливают у основания. С какой скоростью упадет на землю верхний конец столба? Столб можно считать тонким и однородным.

2-66. На скамье Жуковского сидит человек и держит на вытянутых руках гири массой m = 10 кг каждая. Расстояние от каждой гири до оси вращения скамьи R = 75 см. Скамья вращается с частотой n = 1 об/мин. Как изменится скорость вращения скамьи и какую работу произведет человек, если он сожмет руки так, что расстояние от каждой гири до оси уменьшится до R₁ = 20 см? Момент инерции человека и скамьи (вместе) относительно оси вращения J = 2,5 кг×м².

2-67. Человек массой m = 60 кг находится на неподвижной платформе массой
М = 100 кг. Какое число оборотов в минуту будет делать платформа, если человек будет двигаться по окружности радиусом R = 5 м вокруг оси вращения? Скорость движения человека относительно платформы v = 4 км/ч. Радиус платформы R = 10 м. Считать платформу однородным диском, а человека - точечной массой.

2-68. Шар массой m₁ = 2 кг сталкивается с покоящимся шаром большей массы и при этом теряет 40% своей кинетической энергии. Определить массу m₂ большего шара. Удар абсолютно упругий, прямой, центральный.

2-69. В мешок с песком массой m₁ = 10 кг, подвешенный на веревке, попадает пуля массой m₂ = 0,02 кг, имеющая скорость v = 501 м/с и застревает в мешке. На какую высоту отклонится мешок в результате попадания в него пули?

2-70. Обруч и диск одинаковой массы катятся без скольжения с одинаковой линейной скоростью. Кинетическая энергия обруча Е_к =40 Дж. Найти кинетическую энергию диска.

2-71. Мальчик катит обруч по горизонтальной дороге со скоростью v = 2 м/с. На какое расстояние может вкатиться обруч на горку? Уклон горки равен 10 м на каждые 100 м пути.

2-72. Шайба массой m = 50 г соскальзывает без начальной скорости по наклонной плоскости, составляющей угол a = 30° с горизонтом, и, пройдя по горизонтальной плоскости расстояние s = 50 см, останавливается. Найти работу сил трения на всем пути, считая всюду коэффициент трения k = 0,15.

2-73. Тело массой m соскальзывает без трения по наклонной плоскости, переходящей в цилиндрическую поверхность радиусом R = 30 см (см. рис.). С какой минимальной высоты h должно начать двигаться тело, чтобы оно смогло описать окружность?

R

2-74. Камень бросили под углом a = 60° к горизонту со скоростью = 15 м/с. Найти кинетическую, потенциальную и полную энергию камня спустя 1 с после начала движения; в высшей точке траектории. Масса камня m = 0,2 кг. Сопротивлением воздуха пренебречь.

2-75. Камень, пущенный по поверхности льда со скоростью v = 2 м/с, прошел до полной остановки расстояние s = 20,4 м. Найти коэффициент трения камня о лед.

2-76. Камень, имеющий массу m = 2 кг, падает без начальной скорости с некоторой высоты. Найти кинетическую энергию камня в средней точке его пути, если падение продолжалось в течение времени t = 4 с.

2-77. Конькобежец, разогнавшись до скорости v = 11 м/с, выезжает на ледяную горку, составляющую угол a = 45° с горизонтом. На какую высоту h поднимется конькобежец, если коэффициент трения коньков о лед k = 0,1?

2-78. Небольшое тело скатывается с вершины полусферы радиусом R = 0,3 м. На какой высоте h от основания полусферы тело оторвется от ее поверхности? Трением пренебречь.

2-79. Два шара подвешены на параллельных нитях одинаковой длины так, что они соприкасаются. Масса первого шара m₁ = 0,2 кг, масса второго шара m₂ = 100 г. Первый шар отклоняют так, что его центр поднимается на высоту h = 4,5 см, и отпускают. На какую высоту поднимутся шары после соударения, если удар неупругий?

2-80. Акробат падает на сетку батута с высоты 10 м. Во сколько раз сила, действующая на акробата со стороны батута, будет больше его веса, если батут под его действием прогибается на 0,5 м? Принять g = 9,8 м/с².

2-81. По небольшому куску мягкого железа, лежащему на наковальне массой m ₁ = 300 кг, ударяет молот массой m₂ = 8 кг. Определить к.п.д. удара, если удар неупругий. Полезной считать энергию, пошедшую на деформацию куска железа.

2-82. Шар массой m₁ = 1 кг движется со скоростью v₁ = 4 м/с и сталкивается с шаром массой m₂ = 2 кг, движущимся навстречу ему со скоростью v₂ = 3 м/с. Каковы скорости шаров после удара? Удар считать абсолютно упругим, прямым, центральным.

2-83. Шар массой m₁ = 3 кг движется со скоростью v ₁ = 2 м/с и сталкивается с покоящимся шаром массой m₂ = 5 кг. Какая работа будет совершена при деформации шаров? Удар считать абсолютно неупругим, прямым, центральным.

2-84. Определить к.п.д. неупругого удара бойка массой m₁ = 0,5 т, падающего на сваю массой m₂ = 120 кг. Полезной считать энергию, пошедшую на углубление сваи.

2-85. Шар массой m₁ = 4 кг сталкивается с покоящимся шаром большей массы и при этом теряет 30% кинетической энергии. Определить массу m₂ большего шара. Удар считать абсолютно упругим, прямым, центральным.

2-86. Частица массой m₁ = 4×10^-20 г сталкивается с покоящейся частицей массой
m₂ = 10^-19 г. Считая столкновение абсолютно упругим, определить максимальную относительную потерю энергии первой частицы.

2-87. Определить работу растяжения двух соединенных последовательно пружин жесткостью k₁ = 400 Н/м и k₂ = 250 Н/м, если первая пружина при этом растянулась на Dl = 2 см.

2-88. Пружина жесткостью k = 500 Н/м сжата силой F = 100 Н. Определить работу А внешней силы, дополнительно сжимающей эту пружину еще на 2 см.

2-89. Две пружины жесткостью k₁ = 0,5 кН/м и k₂ = 1 кН/м скреплены параллельно. Определить потенциальную энергию П данной системы при абсолютной деформации ее на 4 см.

2-90. Какую нужно совершить работу А, чтобы пружину жесткостью k = 800 Н/м, сжатую на 6 см, сжать еще на 8 см?

2-91. Если на верхний конец вертикально расположенной спиральной пружины положить груз, то пружина сожмется на величину Dl = 3 мм. На сколько сожмет пружину тот же груз, упавший на конец пружины с высоты h = 8 см?

2-92. Из пружинного пистолета с жесткостью пружины k = 150 Н/м был произведен выстрел пулей массой m = 8 г. Определить скорость v пули при вылете ее из пистолета, если пружина была сжата на величину D х = 4 см.

2-93. Налетев на пружинный буфер, вагон массой m = 16 т, двигавшийся со скоростью v = 0,6 м/с, остановился, сжав пружину на 8 см. Найти общую жесткость k пружин буфера.

2-94. Два груза массами m₁ =5 кг и m₂ = 10 кг подвешены на нитях длины L =1 м так, что они соприкасаются. Большой груз отвели на угол 30⁰ и отпустили. Считая удар неупругим, определить, на какую высоту поднимутся оба груза после удара? Какое количество теплоты выделится?

2-95. Определить напряженность G гравитационного поля на высоте h = 1000 км над поверхностью Земли (считать известным ускорение g свободного падения у поверхности Земли и ее радиус R).

2-96. Какая работа будет совершена при падении на Землю тела массой m = 2 кг: 1) с высоты h = 1000 км; 2) из бесконечности?

2-97. Из бесконечности на поверхность Земли падает метеорит массой m = 30 кг. Какая работа при этом будет совершена силами тяготения Земли (считать известным ускорение g свободного падения у поверхности Земли и ее радиус R)?

2-98. С поверхности Земли вертикально вверх пущена ракета со скоростью v = 5 км/с. На какую высоту она поднимется (считать известным ускорение g свободного падения у поверхности Земли и ее радиус R)?

2-99. По круговой орбите вокруг Земли обращается спутник с периодом Т = 85 мин. Определить высоту спутника (считать известным ускорение g свободного падения у поверхности Земли и ее радиус R).

2-100. На каком расстоянии от центра Земли находится точка, в которой напряженность суммарного гравитационного поля Земли и Луны равна нулю? Принять, что масса Земли в 81 раз больше массы Луны и что расстояние от центра Земли до центра Луны равно 60 радиусам Земли.

2-101. Спутник обращается вокруг Земли по круговой орбите на высоте h = 520 км. Определить период обращения спутника (считать известным ускорение g свободного падения у поверхности Земли и ее радиус R).

2-102. Определить линейную и угловую скорости спутника Земли, обращающегося по круговой орбите на высоте h = 1000 км (считать известным ускорение g свободного падения у поверхности Земли и ее радиус R).