plik


3. Kinematyka ruchu jednostajnego, zmiennego, jednostajnie zmiennego, rzuty. Wybr i opracowanie zadaD 3.1-3.22: Barbara Ko[cielska, zadaD 3.23-3.25: Ryszard J. BarczyDski i zadaD 3.26-3.36: Krystyn KozBowski. 3.1. Zale|no[ drogi przebytej przez punkt materialny od czasu mo|na opisa rwnaniem: x(t) = At + Bt2 + Ct3, gdzie A, B i C s wielko[ciami staBymi wyra|onymi w odpowiednich jednostkach. Znalez zale|no[ prdko[ci i przyspieszenia tego punktu od czasu. 3.2.* Rakieta ustawiona jest na wysoko[ci h nad powierzchni ziemi. Po starcie porusza si pionowo w gr, a jej przyspieszenie zmienia si zgodnie z zale|no[ci a = kt2, gdzie k jest staB wyra|on w odpowiednich jednostkach. Znalez zale|no[ prdko[ci oraz drogi rakiety od czasu. 3.3. Prom kursuje pomidzy punktami A i B le|cymi na przeciwlegBych brzegach rzeki. OdlegBo[ midzy punktami A i B wynosi d, a linia AB tworzy kt  z brzegiem rzeki. Prdko[ v1 wody w rzece jest staBa na caBej szeroko[ci rzeki. Jakie powinny by warto[ i kierunek prdko[ci v2 promu wzgldem wody, aby przebyB on drog d w czasie t? 3.4.* Prdko[ wody w rzece zmienia si wraz z szeroko[ci rzeki wedBug rwnania: v = 4x2 + 4x + 0,5 [m/s], gdzie x = a/b (a jest odlegBo[ci od brzegu a b szeroko[ci rzeki). O jaki odcinek prd wody w rzece zniesie Bdk przy przeprawie na drugi brzeg, je|eli prdko[ vl Bdki wzgldem wody jest staBa i ma kierunek prostopadBy do brzegu rzeki. szeroko[ rzeki wynosi d. 3.5. Znalez czas przelotu samolotu midzy dwoma punktami odlegBymi od siebie o L, je|eli prdko[ samolotu wzgldem powietrza wynosi v1, a prdko[ przeciwnego wiatru skierowanego pod ktem  wzgldem kierunku ruchu samolotu wynosi v2. 3.6. CiaBo rzucono pod ktem  do poziomu nadajc mu prdko[ v0. (a) Napisa kinematyczne rwnania ruchu ciaBa. (b) Napisa rwnania toru ciaBa. (c) obliczy czas lotu ciaBa. (d) Obliczy zasig rzutu. (e) Znalez maksymaln wysoko[, na jak wzniesie si ciaBo. 3.7. Na jakiej wysoko[ci wektor prdko[ci ciaBa wyrzuconego z prdko[ci pocztkow v0 pod ktem  do poziomu, utworzy kt  (>) ? Nie uwzgldnia oporu powietrza. Napisa kinematyczne rwnania ruchu ciaBa. 3.8. Z jak prdko[ci poziom v1 powinien lecie lotnik na wysoko[ci h nad torami, w chwili gdy przelatuje on nad punktem A, aby puszczony przez niego Badunek trafiB w uciekajcy z prdko[ci v2 pocig, ktry znajduje si w odlegBo[ci d od A (samolot i pocig poruszaj si w tym samym kierunku)? 3.9. Dwa ciaBa wyrzucono jednocze[nie z dwch r|nych punktw. Jedno ciaBo zostaBo rzucone poziomo z prdko[ci v0x z wie|y o wysoko[ci h, drugie wyrzucono pionowo z prdko[ci v0y z miejsca odlegBego o x0 od podn|a wie|y. Jaka powinna by prdko[ v0y, aby ciaBa zderzyBy si w powietrzu? 3.10. CiaBo spada swobodnie z wie|y. W chwili, gdy przebyBo ono drog rwn L, z punktu poBo|onego o h metrw ni|ej od wierzchoBka wie|y zaczyna spada drugie ciaBo. Oba ciaBa spadaj na ziemi w tej samej chwili. Znalez wysoko[ wie|y. 3.11. Z samolotu leccego na wysoko[ci h ze staB prdko[ci poziom v zostaje zrzucona bomba. Napisa rwnania ruchu, prdko[ci i przyspieszenia bomby wzgldem obserwatora stojcego na ziemi oraz wzgldem pilota samolotu. 3.12. W wagonie pocigu jadcego ze staB prdko[ci v, jeden z pasa|erw upu[ciB z wysoko[ci h wzgldem podBogi wagonu pudeBko zapaBek. Napisa rwnanie toru tego pudeBka, w ukBadzie odniesienia zwizanym z: (a) wagonem, (b) szynami. 3.13. KoBo zamachowe wykonujce n0 = 240 obr/min zatrzymuje si w czasie t1 = 0,5 min. Przyjmujc, |e ruch jest jednostajnie zmienny obliczy, ile obrotw koBo wykonaBo do chwili zatrzymania si. 3.14. Rwnania ruchu punktu znajdujcego si na obwodzie koBa toczcego si bez po[lizgu wzdBu| osi x maj posta: x = R sint + Rt y = R cost + R . Oblicz prdko[ i przyspieszenie punktu na obwodzie w chwili, gdy wspBrzdna y ma warto[ (a) minimaln, (b) maksymaln, (c) y = ymax/2. 3.15. Obrcz o promieniu R toczy si bez po[lizgu po prostej. Prdko[ [rodka O obrczy jest staBa i wynosi v0. Oblicz warto[ci oraz wska| kierunki i zwroty chwilowych prdko[ci i przyspieszeD tych punktw tarcz, ktre w rozwa|anej chwili znajduj si w punktach oznaczonych literami A, B i C. 3.16. Obrcz o promieniu R toczy si bez po[lizgu po prostej. Przyspieszenie [rodka O obrczy jest staBe i wynosi a0. Oblicz warto[ci oraz wska| kierunki i zwroty chwilowych przyspieszeD tych punktw tarcz, ktre w rozwa|anej chwili znajduj si w punktach oznaczonych literami A, B i C. 3.17. Koniec liny (A) przesuwa si ze staB prdko[ci v skierowan w prawo. Lina nawinita jest na ukBad wspB[rodkowych, koBowych tarcz pokazanych na rysunku (promieD maBego koBa = r, du|ego = R). Oblicz warto[ci oraz wska| kierunki i zwroty chwilowych prdko[ci i przyspieszeD tych punktw tarcz, ktre w rozwa|anej chwili znajduj si w punktach oznaczonych literami B, C, D, E i F. 3.18. Na szpul o promieniach R i r nawinito lin, ktrej koniec A ma staB prdko[ u. Obliczy, jak drog SB przebdzie koniec A liny, gdy odcinek AB liny nawinie si na szpul. 3.19. KoBo obraca si wokB swojej osi. Znalez jego przyspieszenie ktowe je|eli wiadomo, |e po upBywie czasu t od rozpoczcia ruchu jednostajnie przyspieszonego, wektor caBkowitego przyspieszenia punktu poBo|onego na obwodzie tworzy kt  z kierunkiem prdko[ci liniowej tego punktu. 3.20. Punkt materialny zaczyna porusza si po okrgu z przyspieszeniem stycznym as. Znalez jego wypadkowe przyspieszenie aw po u = 0,1 obrotu. 3.21.* Ta[ma magnetofonowa jest przewijana z drugiej szpulki na pierwsz, ktra obraca si ze staBa prdko[ci ktow 1. W chwili pocztkowej promienie kr|kw nawinitej ta[my byBy odpowiednio rwne R01 i R02. grubo[ ta[my wynosi a. Znalez: (a)zale|no[ dBugo[ci nawinitej ta[my od czasu, (b) zale|no[ prdko[ci przesuwu ta[my od czasu. 3.22. CiaBo rzucono z pewnej wysoko[ci z prdko[ci v0 w kierunku poziomym. Obliczy jego prdko[, przyspieszenie styczne i normalne oraz promieD krzywizny toru po czasie t. Opory powietrza pomin. 3.23. Narciarz na nartach wodnych porusza si czstokro znacznie szybciej ni| cignca go motorwka. Jak to jest mo|liwe? 3.24. System napdu samochodu posiada w torze przeniesienia napdu tak zwany mechanizm r|nicowy, ktry pozwala obraca si koBom samochodu z r|n prdko[ci. Dlaczego jest to konieczne? 3.25. CiaBo porusza si wzdBu| osi x wedBug zale|no[ci x=Asin(t), gdzie A i  s wielko[ciami staBymi. Narysuj wykresy poBo|enia, prdko[ci i przyspieszenia w funkcji czasu. Jakie s maksymalne warto[ci prdko[ci i przyspieszenia? 3.26. ZaBoga statku Apollo umie[ciBa na powierzchni Ksi|yca zwierciadBo odbijajce [wiatBo laserowe wysyBane z powierzchni Ziemi. Obliczy odlegBo[ Ksi|yca od Ziemi wiedzc, |e [wiatBo odbite od zwierciadBa zarejestrowano po czasie t = 2,6 s. od chwili wysBania go z Ziemi. Przyj prdko[ [wiatBa w pr|ni c = 3108 m/s. 3.27. KoD wykonaB n = 4 okr|enia wokB kolistej areny cyrkowej o promieniu r = 12 m w czasie t = 120 s, wracajc do punktu wyj[cia. Obliczy a) [redni warto[ prdko[ci konia, b) [redni wektor prdko[ci konia. 3.28. Samochd przebyB pierwsz poBow drogi ze staB prdko[ci v1 =20 m/s, a drug poBow ze staB prdko[ci v2=30 m/s. Obliczy [redni prdko[ samochodu na caBym odcinku drogi. 3.29. W pierwszej poBowie czasu swojego ruchu samochd jechaB ze staB prdko[ci v1=20 m/s, a w drugiej poBowie czasu, ze staB prdko[ci v2 = 30 m/s. Obliczy [redni prdko[ samochodu na caBym odcinku drogi 3.30. Adka pBynie rzek z miejscowo[ci A do B i z powrotem. Prdko[ Bdki wzgldem wody v1 = 5 m/s, a prdko[ wody wzgldem brzegw rzeki v2 = 2 m/s. Obliczy [redni warto[ prdko[ci Bdki wzgldem brzegw rzeki na caBym odcinku jej drogi. 3.31. Pocig jadcy z prdko[ci v0 = 18 m/s zaczyna hamowa i zatrzymuje si w cigu czasu t = 15 s. Obliczy przyspieszenie a i drog s przebyt przez pocig do chwili zatrzymania si zakBadajc, |e w czasie hamowania poruszaB si on ruchem jednostajnie zmiennym. 3.32. Swobodnie puszczona kulka stalowa odbija si (bez strat energii) od poziomej, doskonale spr|ystej powierzchni, uderzajc w ni co jedn sekund. Jak wysoko podskakuje kulka? Przyj g = 10 m/s2. 3.33. Z pewnego miejsca nad powierzchni Ziemi zaczBo spada swobodnie ciaBo A. Po okre[lonym odstpie czasu "t = const. , z tego samego miejsca, zaczBo spada swobodnie ciaBo B. Jakim ruchem porusza si jedno z tych ciaB wzgldem drugiego ? 3.34. Z powierzchni Ziemi wyrzucono pionowo do gry ciaBo A z prdko[ci pocztkow v0, niezbdn do osignicia maksymalnej wysoko[ci H. Jednocze[nie, z punktu poBo|onego na wysoko[ci H nad powierzchni Ziemi, zaczBo spada swobodnie ciaBo B. Na jakiej wysoko[ci h nad powierzchni Ziemi ciaBa te spotkaj si? 3.35. Struga wody wypBywa z rury z prdko[ci v0 = 20 m/s pod ktem  = 450 do poziomu. Na jakiej wysoko[ci h trafi ona w [cian znajdujc si w odlegBo[ci d = 60 m od wylotu strugi? Przyj g = 10 m/s2, wpByw oporu powietrza pomin. Poda krtk interpretacj uzyskanego wyniku. 3.36*. Pocisk artyleryjski rozerwaB si na dwa fragmenty, ktre zaczBy si porusza w polu grawitacyjnym Ziemi z prdko[ciami pocztkowymi (nie pionowymi) o takich samych r r r r warto[ciach, ale o zwrotach przeciwnych: v01 = v0 , v02 = -v0. Po jakim czasie od rozerwania si pocisku wektory prdko[ci obu fragmentw bd wzajemnie do siebie prostopadBe? Przyspieszenie grawitacyjne rwne jest g. Rozwizania: 3.1.R. Korzystajc z definicji prdko[ci chwilowej oraz przyspieszenia chwilowego otrzymamy nastpujce rwnania opisujce zale|no[ prdko[ci v i przyspieszenia a od czasu: dx v = = A + 2Bt + 3Ct2 , dt oraz dv a = = 2B + 6Ct . dt 3.2.R.* Przyspieszenie rakiety dane jest rwnaniem: (1) a = kt2 . Przyspieszenie chwilowe: dv (2) a = . dt Z (1) i (2): dv = kt2 , dt dv = kt2dt , 1 (3) v = kt2dt = kt3 + C1 , +" 3 gdzie C1 jest staB. Wiadomo, |e w chwili czasu t = 0, v = 0. Po podstawieniu tych warto[ci do rwnania (3) otrzymamy staB C1 = 0, czyli zale|no[ prdko[ci rakiety od czasu: 1 (4) v = kt3 . 3 Prdko[ chwilowa: ds (5) v = . dt Z (4) i (5): ds 1 = kt3 , dt 3 1 ds = kt3dt , 3 1 1 (6) s = kt3dt = kt4 + C2 , +" 3 12 gdzie C2 jest staB. Wiadomo, |e w chwili czasu t = 0 rakieta znajdowaBa si na wysoko[ci h nad powierzchni ziemi, czyli s = h. Podstawiajc te warto[ci do rwnania (6) otrzymamy staB C2 = h, czyli zale|no[ drogi przebytej przez rakiet od czasu: 1 s = h + kt4 . 12 3.3.R. Prdko[ v promu wzgldem brzegu jest wypadkow prdko[ci v1 wody w rzece i prdko[ci v2 promu wzgldem wody. r r r v = v + v . 1 2 Wektor prdko[ci v2 mo|na rozBo|y na dwie skBadowe: rwnolegB (v'2) i prostopadB do brzegu rzeki (v''2). Warto[ci tych skBadowych mo|na zapisa: v'2 = vcos - v1 , (1) v''2 = vsin . Wiadomo, i| prom musi pokona drog d w czasie t, czyli jego prdko[ v: d v = . t Rwnania (1) przybior wwczas posta: d v'2 = cos - v1 , t d v''2 = sin . t Z rysunku wynika, |e: d d 2 2 2 2 v = v' +v'' = ( cos - v ) + ( sin) . 2 2 2 1 t t Kierunek wektora prdko[ci v2 znajdujemy znajdujc warto[ kta : v'' dsin 2 tan  = = . v' dcos - v t 2 1 3.4.R.* Odcinek s o jaki prd wody w rzece zniesie Bdk w czasie t1 jej przeprawy na drug stron rzeki: t1 (1) s = vdt , +" 0 gdzie: 2 v = 4x + 4x + 0,5 , x = a / b . Czas przeprawy mo|na zdefiniowa jako: b t = . 1 v l Czas t, w ktrym Bdka znajduje si w odlegBo[ci a od brzegu: a bx t = = , v v l l skd: b dt = dx . v l Wwczas rwnanie (1): 1 b b 4 b 2 s = (-4x + 4x + 0,5)dx = (- + 2 + 0,5) E" 1,17 . +" v 0 v 3 v l l l 3.5.R. Wskazwka: Prdko[ samolotu wzgldem ziemi jest wypadkow prdko[ci samolotu wzgldem powietrza oraz prdko[ci wiatru. Wwczas czas przelotu samolotu midzy dwoma punktami odlegBymi od siebie o L wynosi: L t = . 2 2 2 v - v sin  - v cos 1 2 2 3.6.R. (a) Rwnania ruchu maj posta: (1) x = v0 xt = v0t cos , gt2 gt2 (2) y = v0 yt - = v0t sin - . 2 2 (b) Rwnanie toru ciaBa: Wyznaczajc czas z rwnania (1): x t = v0 cos i podstawiajc do rwnania (2) otrzymamy rwnanie toru ciaBa: g y = tan x - x2 . 2 2v0 cos2  Torem ciaBa jest parabola skierowana ramionami w dB. (c) Czas lotu ciaBa, tz, mo|na obliczy podstawiajc w rwnaniu (2) y = 0: 2 gtz 0 = v0tz sin - . 2 Czyli: 2v0 sin t = lub t = 0 . z1 z 2 g Czas tz2 = 0 oznacza moment, w ktrym dopiero rozpoczyna si lot kamienia, czyli czas lotu ciaBa tz = tz1: 2v0 sin (3) t = . z g (d) Zasig rzutu, z, mo|na obliczy podstawiajc w rwnaniu (1) t = tz (czyli czas caBego lotu opisany rwnaniem (3)). Wwczas wspBrzdna x bdzie rwna zasigowi rzutu, x = z: z = v0tz cos . Otrzymamy wwczas: 2 v0 sin 2 z = . g (e) Czas w jakim ciaBo wzniesie si na maksymalna wysoko[ jest rwny poBowie czasu tz (rwnanie (3)). Podstawiajc w rwnaniu (2) t = tz otrzymamy maksymaln wysoko[, na jak wzniesie si ciaBo: 2 1 g# tz # # # 1 2 # # hmax = v0 tz sin - , 2 2 2 v0 sin2  hmax = . 2g 3.7.R. Odpowiedz: Rwnania ruchu s takie same jak w zadaniu 3.6, a szukana wysoko[ wynosi: 2 v0 h = (sin2  - cos2  tan2 ) 2g 3.8.R. Rwnania ruchu pocisku (1) i pocigu (2) w przedstawionym na rysunku ukBadzie wspBrzdnych maj posta: x1 = v1t (1) gt2 y1 = h - , 2 x2 = d + v2t (2) y2 = 0 . WspBrzdne x1 i y1 pocisku musz w momencie trafienia by rwne wspBrzdnym x2 i y2 pocigu. W rezultacie otrzymujemy: d v1 = + v2 . 2h g 3.9.R. Odpowiedz: h v0 y = v0 x . x0 3.10.R. Odpowiedz: 2 (L + h) H = . 4L 3.11.R. Z punktu widzenia obserwatora stojcego na ziemi prdko[ bomby w kierunku poziomym jest rwna prdko[ci samolotu v i pozostaje staBa. Rwnania ruchu bomby w ukBadzie odniesienia (x1,y1), zwizanym z obserwatorem stojcym na ziemi maj posta: x = vt , 1 2 gt y = h - . 1 2 R|niczkujc powy|sze rwnania ruchu otrzymujemy rwnania prdko[ci: v = v , 1x v = -gt . 1y R|niczkujc rwnania opisujce prdko[ otrzymamy przyspieszenia: a = 0 , 1x a = -g. 1y W ukBadzie odniesienia (x2,y2) zwizanym z pilotem rwnania ruchu bomby w przyjtym ukBadzie wspBrzdnych maj posta: x = 0 , 2 2 gt y = - . 2 2 R|niczkujc powy|sze rwnania ruchu otrzymujemy rwnania prdko[ci: v = 0 , 2 x v = -gt . 2 y R|niczkujc rwnania opisujce prdko[ otrzymamy przyspieszenia: a = 0 , 2 x a = -g. 2 y 3.12.R. (a) W ukBadzie odniesienia (x1,y1) zwizanym z wagonem rwnania ruchu maj posta: x = 0 , 1 2 gt y = , 1 2 czyli rwnanie toru: x = 0 . 1 (b) W ukBadzie odniesienia (x2, y2) zwizanym z szynami: x = vt , 2 2 gt y = h - . 2 2 Rwnanie toru: g 2 y = h - x . 2 2 2 2v 3.13.R. Ilo[ obrotw mo|na zdefiniowa jako stosunek drogi ktowej , ktr przebyB dowolny punkt znajdujcy si na obwodzie koBa w czasie t1, do kta 2:  1 (1) N = . 2 Ruch koBa jest ruchem jednostajnie opznionym, czyli droga ktowa przebyta przez wybrany punkt znajdujcy si na jego obwodzie: 2 t 1 (2)  =  t - . 1 0 1 2 Poniewa| po czasie t1 koBo si zatrzymuje, wic:  =  - t = 0 , 0 1 czyli: (3)  = t = 2 n . 0 1 0 Z (2) i (3) otrzymamy: (4)  =  n t . 1 0 1 Podstawiajc (4) do (1) otrzymamy: n t 0 1 N = = 60 obrotw . 2 3.14.R. Rwnania ruchu punktu maj posta: x = R sint + Rt , (1) y = R cost + R . R|niczkujc rwnania ruchu otrzymamy prdko[: dx vx = = R cost + R , dt (2) dy vy = = -R sint , dt R|niczkujc rwnania prdko[ci otrzymamy przyspieszenie: dvx 2 ax = = -R sint , dt (3) dvy 2 ay = = -R cost . dt (a) Z rwnaD ruchu (1) wynika, |e wspBrzdna y ma warto[ minimaln (czyli y = 0), gdy cos(t) = -1. Prdko[ (2) i przyspieszenie (3) punktu s wwczas odpowiednio rwne: vx = 0 , vy = 0. ax = 0 , 2 ay = R . (b) Z rwnaD ruchu (1) wynika, |e wspBrzdna y ma warto[ maksymaln (czyli y = 2R), gdy cos(t) = 1. Prdko[ (2) i przyspieszenie (3) punktu s wwczas odpowiednio rwne: vx = 2R , vy = 0. ax = 0 , 2 ay = -R . (c) Z rwnaD ruchu (1) wynika, |e wspBrzdna y ma warto[ rwn poBowie warto[ci maksymalnej (czyli y = R), gdy cos(t) = 0. Prdko[ (2) i przyspieszenie (3) punktu s wwczas odpowiednio rwne: vx = R , vy = -R . 2 ax = - R , ay = 0 . 3.15.R. Punkt A: Prdko[ w punkcie A jest sum prdko[ci v0 z jak porusza si [rodek obrczy oraz prdko[ci stycznej do obrczy, wynikajcej z jej ruchu obrotowego. W rozwa|anym przypadku warto[ prdko[ci stycznej jest rwna v0. v = v + v = 2v . A 0 0 0 Prdko[ ktowa  punktw znajdujcych si na obrczy: v 0  = . R Przyspieszenie punktu A jest przyspieszeniem do[rodkowym: 2 v 2 0 a = a =  R = . A d 0 R Przyspieszenie wszystkich punktw znajdujcych si na obrczy jest takie samo. Punkt B: vA = v - v = 0, 0 0 2 v 2 0 aB = ad =  R = . 0 R Punkt C: 2 2 v = v + v = v 2 , C 0 0 0 2 v 2 0 a = a =  R = . B d 0 R 3.16.R. Przyspieszenie styczne w punkcie A jest sum przyspieszeD a0 z jakim porusza si [rodek obrczy oraz przyspieszenia stycznego, wynikajcego z jej ruchu obrotowego. Warto[ przyspieszenia stycznego wynosi a0. a = a + a = 2a . A 0 0 0 Przyspieszenie ktowe  punktw znajdujcych si na obrczy: a 0  = . R Przyspieszenie ktowe wszystkich punktw znajdujcych si na obrczy jest takie samo. Przyspieszenie do[rodkowe punktu A w danej chwili czasu t: 2 2 v (a t) 2 0 0 a =  R = = . d 0 R R Przyspieszenie do[rodkowe wszystkich punktw znajdujcych si na obrczy jest takie samo. Punkt B: a = a - a = 0, A 0 0 a 0  = , R 2 2 v (a t) 2 0 0 a =  R = = . d 0 R R Punkt C: 2 2 a = a + a = a 2 , C 0 0 0 a 0  = , R 2 2 v (a t) 2 0 0 a =  R = = . d 0 R R 3.17.R. Punkt F: Wypadkowa prdko[ punktu F jest rwna prdko[ci v, z ktr przesuwa si punkt A: v = v , F Prdko[ v w punkcie F mo|na rozBo|y na dwie skBadowe: prdko[ v0, ktra jest prdko[ci ruchu postpowego szpuli oraz prdko[ v1 wynikajc z ruchu obrotowego szpuli wokB punktu E: v = v + v = R + r = (R + r) , 0 1 skd v  = . R + r Przyspieszenie do[rodkowe aF punktu F wynosi: 2 v r 2 a = a =  r = . F d1 2 (R + r) Punkt E: vR vE = v = R = , 0 R + r aE = 0. Punkt D: vD = v - v = 0 0 0 2 v R 2 aD = ad =  R = . 0 2 (R + r) Punkt B: 2vR vB = v + v = 2v = 2R = , 0 0 0 R + r 2 v R 2 aB = ad =  R = . 0 2 (R + r) Punkt C: v 2 2 2 2 2 2 vC = v + v = (R) + (r) = R + r , 0 1 R + r 2 v r 2 aC = ad =  r = . 1 2 (R + r) 3.18.R. Wskazwka: W jednakowym czasie t droga (S0) [rodka O szpuli bdzie wiksza o odcinek AB od drogi (SB) punktw, ktre w rozwa|anej chwili znajduj si w punktach oznaczonych liter B: S = SB + AB , 0 gdzie: S = v t , 0 0 SB = ut . Odpowiedz: AB(R - r) SB = . r 3.19.R. Wypadkowy wektor przyspieszenia aw jest sum wektorw przyspieszeD stycznego i do[rodkowego, a jego warto[ mo|na zapisa jako: 2 2 2 (1) aw = ad + as . Przyspieszenie styczne as: (2) as = aw cos , oraz (3) as = R , gdzie  jest przyspieszeniem ktowym. Z (2) i (3): R (4) aw = . cos Przyspieszenie do[rodkowe ad: 2 2 2 (5) ad =  R =  t R . Podstawiajc (3), (4) i (5) do (1) otrzymamy: 2 2  R 4 4 2 2 2 =  t R +  R , 2 cos  skd 1 1 tg  = -1 = . 2 2 2 t cos  t 3.20.R. Odpowiedz: aw = as 1+ 4 u . 3.21*.R. (a) PromieD szpulki przy jej obrocie o kt  mo|na opisa rwnaniem:  R = R a , 0 2 gdzie znak + dotyczy nawijania a - odwijania si ta[my. Zatem dBugo[ ta[my nawinitej po obrocie szpulki o pewien kt 1: 1 a a 2 s = (R + )d = R  +  . +" 01 01 1 1 0 2 4 Poniewa| szpulki obracaj si ze staB prdko[ci, to:  =  t , 1 1 gdzie t oznacza czas, w cigu ktrego szpulka obrciBa si o kt 1. Wwczas dBugo[ ta[my s wynosi: a 2 2 s = R  t +  t . 01 1 1 4 (b) Prdko[ przesuwu ta[my: ds a 2 v = = R  +  t . 01 1 1 dt 2 3.22.R. Prdko[ v kamienia w chwili czasu t jest wypadkow prdko[ci v0 w kierunku poziomym i prdko[ci vy w kierunku pionowym. Jej warto[ wynosi: 2 2 2 2 2 v = v + vy = v + g t . 0 0 Przyspieszenie styczne: 2 v gt g t y a = gcos = g = g = . s 2 2 2 2 2 2 v v + g t v + g t 0 0 Przyspieszenie do[rodkowe: v gv 0 0 ad = gsin = g = . 2 2 2 v v + g t 0 3.23.R. Je|eli zaBo|ymy, |e lina Bczca narciarza i motorwk jest caBy czas napita, to w ka|dym memencie jedynie rzut chwilowej prdko[ci narciarza i Bodzi na kierunek liny musi by jednakowy. Warto[ ka|dej z prdko[ci bdzie zale|aBa od kta pomidzy jej kierunkiem, a kierunkiem liny. 3.24.R. Na zakrcie koBa wewntrzne pokonuj mniejsz drog ni| zewntrzne. Je|eli koBa byByby zwizane na sztywno, musiaBby wystpi po[lizg jednego z kB. Mechanizm r|nicowy, ktry pozwala obraca si koBom samochodu z r|n prdko[ci, zapobiega temu po[lizgowi. (Tramwaje starego typu nie posiadaBy mechanizmu r|nicowego i na zakrtach powodowaBy spory haBas). 3.25.R. Odpowiedz: Maksymalna warto[ prdko[ci: vmax=A, maksymalna warto[ przyspieszenia: amax=A2. 3.26.R. Prdko[ w ruchu jednostajnym: s v = , t gdzie: s = 2l - droga przebyta przez [wiatBo wysBane z powierzchni Ziemi i powracajce po odbiciu od zwierciadBa umieszczonego w odlegBo[ci l od zrdBa [wiatBa. v = c - prdko[ [wiatBa, skd: vt l = = 390000km . 2 3.27.R. a) Zrednia warto[ prdko[ci: "s v[r = , "t gdzie: "s = n " 2r - caBkowita droga przebyta przez konia, "t = t - czas ruchu konia. Std: 2 t v[r = n = 2,51m / s. t b) Zredni wektor prdko[ci: r r "r v[r = , "t gdzie: r "r - wektor przemieszczenia (zmiany poBo|enia) konia, "t - czas ruchu konia. r Poniewa| koD, po okr|eniu areny, wrciB do punktu startu, wic "r = 0 i ostatecznie: r v[r = 0 3.28.R. Zrednia prdko[: "s v[r = ; "t gdzie: s s "s = + = s - caBkowita droga przebyta przez samochd, 2 2 "t = t1 + t2 - caBkowity czas ruchu samochodu, przy czym: s t1 = - czas, w ktrym samochd przebyB pierwsz poBow drogi z prdko[ci v1, 2v1 s t2 = - czas, w ktrym samochd przebyB drug poBow drogi z prdko[ci v2. 2v2 Zrednia prdko[ samochodu jest wic rwna: 2v1v2 v[r = = 24m / s . v1 + v2 Wniosek: Zrednia prdko[ samochodu nie jest, w tym przypadku, [redni arytmetyczn prdko[ci v1 i v2 (25 m/s). Wynika to z faktu, |e samochd jechaB dBu|ej z mniejsz prdko[ci v1, a wic prdko[ ta silniej wpBynBa na jego prdko[ [redni, ni| wiksza prdko[ v2, z ktr samochd jechaB krcej. 3.29.R. Zrednia prdko[: "s v[r = , "t gdzie: t t "t = + = t - caBkowity czas ruchu samochodu, 2 2 "s = s1 + s2 - caBkowita droga przebyta przez samochd, przy czym: t s1 = v1 - droga przebyta przez samochd w pierwszej poBowie czasu z prdko[ci v1, 2 t s2 = v2 - droga przebyta przez samochd w drugiej poBowie czasu z prdko[ci v2. 2 Zrednia prdko[ samochodu jest wic rwna: v1 + v2 v[r = = 25m / s. 2 Wniosek: W tym przypadku [rednia prdko[ samochodu jest [redni arytmetyczn prdko[ci v1 i v2, poniewa| czas ruchu samochodu z ka|d z tych prdko[ci byB taki sam. . 3.30.R. Adka przebyBa dwa jednakowe odcinki drogi AB i BA z wypadkowymi prdko[ciami: vAB = v1  v2 - ruch Bdki w gr rzeki, vBA = v1 + v2 - ruch Bdki w dB rzeki. Zrednia warto[ prdko[ci Bdki na caBym odcinku drogi (patrz rozwizanie zadania 3.28.R.): 2vABvBA v12 - v2 2 m v[r = = = 4,2 . vAB + vBA v1 s 3.31.R. Kinematyczne rwnania ruchu jednostajnie zmiennego maj posta: v = v0 + at oraz: 2 at s = v0t + . 2 Pocig zatrzyma si, gdy v = 0, skd: v0 m a = - = -1,2 (ruch jednostajnie opzniony) t s2 oraz: v0 2 v0t t s = v0t - = = 135m. t 2 2 3.32.R. Kulka, odbijajca si bez straty energii od poziomej powierzchni, wznosi si na wysoko[ h, rwn wysoko[ci, z jakiej zostaBa swobodnie puszczona: gth 2 h = , 2 gdzie: th  czas spadku kulki z wysoko[ci h, rwny czasowi wznoszenia si kulki na wysoko[ h po jej odbiciu si od poziomej powierzchni, a wic rwny poBowie odstpu czasu "t, w ktrym kulka uderza o spr|yst powierzchni: "t th = , 2 skd otrzymamy: 2 g("t)= 1,25m. h = 8 3.33.R. Obliczmy prdko[ wzgldn ciaBa A wzgldem ciaBa B. Spadajce swobodnie ciaBo A porusza si z prdko[ci vA opisan rwnaniem: vA = gt. CiaBo B zaczBo spada o "t pzniej, wic jego prdko[ opisana jest rwnaniem: vB = g(t - "t). Prdko[ wzgldna dwch ciaB, ktrych zwroty prdko[ci s zgodne, rwna jest r|nicy ich prdko[ci, wic: vw = vA  vB = g"t. poniewa|: g = const. oraz "t = const., wic: vw = const., Prdko[ wzgldna ciaBa A wzgldem ciaBa B jest warto[ci staB, a wic ciaBa te poruszaj si wzgldem siebie ruchem jednostajnym. 3.34.R. Droga przebyta przez ciaBo A (rzut pionowy do gry): 2 gt sA = v0t - , 2 droga przebyta przez ciaBo B (swobodny spadek): 2 gt sB = . 2 CiaBa spotkaj si, gdy: sA + sB = H , gdzie: v0 2 H = - maksymalna wysoko[ w rzucie pionowym, 2g a wic: 2 2 gt gt v0 2 v0t - + = . 2 2 2g lub: vo 2 v0t = . 2g Mo|emy std obliczy czas, po ktrym spotkaj si ciaBa: v0 t = 2g oraz wysoko[, na jakiej to nastpi. Bdzie ona rwna drodze sA przebytej przez ciaBo A w obliczonym poprzednio czasie: v0 2 vo 2 3v0 2 v0 2 3 3 h = - = = = H . 2g 8g 8g 4 2g 4 3.35.R. Rzut uko[ny jest ruchem zBo|onym z ruchw prostych o rwnaniach: x = v0t cos oraz 2 gt y = v0t sin - 2 Eliminujc z tych rwnaD czas t mo|emy znalez rwnanie toru ciaBa: g y = x " tg - x2 2v0 2 cos2  Podstawiajc x = d , otrzymamy z tego rwnania wysoko[ y = h, na jakiej znajdzie si wtedy struga wody: g 2 h = d " tg - d . 2v0 2 cos2  Po wstawieniu warto[ci liczbowych, otrzymamy: h = - 30 m. Znak minus oznacza, |e woda trafia w [cian poni|ej poziomu wylotu strugi. 3.36.R*. Ruchy obu fragmentw pocisku, po jego rozerwaniu si, s rzutami uko[nymi, ktrych wektory prdko[ci pocztkowej maj takie same warto[ci i kierunki, ale przeciwne r r r r zwroty: v01 = v0 , v02 = -v0 . Po rozBo|eniu wektorw prdko[ci pocztkowej na skBadowe, otrzymamy: v01x = v0 cos, v02 x = -v0 cos, v01y = v0 sin, v02 y = -v0 cos. Zmiany wektorw prdko[ci fragmentw pocisku w czasie ich ruchu opisane s rwnaniami: r r r r r r v1 = v0 + gt, v2 = -v0 + gt, r co, po rozBo|eniu na skBadowe (uwzgldniajc zwrot wektora g ), prowadzi do zwizkw: v1x = v0 cos, v2 x = -v0 cos, v1y = v0 sin - gt, v2 y = -v0 sin - gt. Iloczyn skalarny wektorw wzajemnie prostopadBych jest rwny zeru, a wic wektory prdko[ci obu fragmentw pocisku bd do siebie prostopadBe po speBnieniu warunku: r r v1 " v2 = v1xv2 x + v1yv2 y = 0, czyli: 2 - v0 cos2  - (v0 sin - gt)(v0 sin + gt) = 0, co, po prostych przeksztaBceniach, prowadzi do zwizku: 2 2 2 g t - v0 = 0, a wic wektory prdko[ci obu fragmentw pocisku bd wzajemnie do siebie prostopadBe po czasie: v0 t = g od rozerwania si pocisku.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
01 analiza kinematyczna zadanie
01 analiza kinematyczna zadanie
01 analiza kinematyczna zadanie
fizyka zadania kinematyka liceum
odwrotne zadanie kinematyki projekt
Zadania Kinematyka Dynamika
1Fizyka zadania odpowiedzi kinemat dynamika
Zadania kinematyka long
Zadania KinematykaRoz
kinematyka plynow zadania
Zadania kinematyka
Analiza Matematyczna 2 Zadania

więcej podobnych podstron