Вниз по шероховатой наклонной плоскости равнозамед...
Created on: December 13, 2025
Answered using GPT-5.1 Instant by Chat01
Created on: December 13, 2025
Answered using GPT-5.1 Instant by Chat01
Вниз по шероховатой наклонной плоскости равнозамедленно движется брусок. В некоторый момент на брусок падает движущийся по вертикали пластилиновый шарик и прилипает к нему, а брусок останавливается. Движение шарика до соударения – свободное падение с нулевой начальной скоростью, перемещение шарика от старта до падения на брусок h=0,8 "м". Массы бруска и шарика одинаковы. Наклонная плоскость составляет с горизонтом угол alpha такой, что sinalpha=0,19. Скорость шарика перед слипанием в четыре раз больше скорости бруска.
Найдите коэффициент mu трения скольжения бруска по наклонной плоскости. Быстрые процессы торможения бруска и деформации пластилина заканчиваются одновременно. В этих процессах действие сил тяжести считайте пренебрежимо малым.
Разберём задачу по шагам.
Шарик падает свободно с высоты
масса бруска = масса шарика = .
Скорость шарика перед ударом:
По условию скорость шарика перед слипанием в четыре раза больше скорости бруска:
Брусок движется вниз по наклонной плоскости равнозамедленно. Это означает, что сила трения больше проекции силы тяжести:
где , но нам ускорение не требуется — важно отношение сил.
Взаимодействие быстрое, сила тяжести в это время пренебрегается.
Удар неупругий, полная липкость. Применяется закон сохранения импульса вдоль направления движения бруска:
Пусть ось – вдоль наклонной плоскости.
До удара:
После липкого удара оба тела массой останавливаются:
Значит,
Но по условию
Подставим:
Знак минус означает, что проекция скорости шарика вдоль плоскости направлена противоположно движению бруска, что естественно (брусок движется вниз, а компонент скорости шарика вдоль плоскости направлен вверх по плоскости).
Берём по модулю:
Но в задаче задано:
Следовательно, одно условие ещё не использовано — равнозамедленное движение бруска до удара.
Уравнение движения вниз по наклонной:
Поскольку движение равнозамедленное, ускорение направлено вверх, значит:
Но ускорение также связано со скоростями до удара: оно определяет скорость бруска , которую мы уже знаем через удар.
Однако в момент удара брусок останавливается. Это означает, что импульс вдоль плоскости от шарика полностью компенсирует импульс бруска, но с учётом реального угла.
Условие остановки:
С учётом :
Очевидное противоречие → вывод: проекция скорости шарика вдоль плоскости неверна.
Почему? Потому что сказано:
Быстрые процессы торможения бруска и деформации пластилина заканчиваются одновременно. В этих процессах действие сил тяжести считайте пренебрежимо малым.
То есть в процессе удара наклонной плоскости как таковой нет — взаимодействие происходит в точке, и направление импульса шарика определяется геометрией удара, а не наклонной плоскостью.
Шарик падает вертикально и ударяет брусок, который движется вдоль наклонной плоскости: их импульсы складываются как векторные, но нас интересует проекция на наклонную плоскость:
Компонент импульса шарика вдоль плоскости:
потому что вертикаль составляет угол с плоскостью.
Теперь условие остановки:
Замена :
Но задано , значит
Очевидно, шарик не мог остановить брусок только благодаря направленному импульсу ⇒ остановка достигается совместным действием удара и трения.
После удара брусок и шарик имеют скорость:
Чтобы они остановились в конце удара и деформации, нужно:
То есть:
Снова подставляем :
Но реальное .
Следовательно, остановка происходит не из-за удара, а из-за трения в процессе деформации, пренебречь которым нельзя.
Во время деформации пластилина и торможения бруска силы тяжести не действуют, но сила трения действует.
Тормозящая сила равна:
Импульс тормозящей силы за время :
Этот импульс должен компенсировать «избыток» импульса бруска относительно импульса шарика вдоль плоскости.
Баланс импульса:
Но в конце они останавливаются, значит вся разность импульсов компенсирована:
А время деформации и торможения одинаково для обоих тел. Но их ускорения в этот микропроцесс определяются только внутренней силой удара — т.е. сокращается в законе сохранения импульсов сил, и фактически условия дают:
где — общий множитель времен, сокращается по симметрии ⇒ остаётся отношение:
Используя :
В динамике равнозамедленного движения бруска до удара:
но путь неизвестен.
Однако единственный способ согласовать данные — потребовать, чтобы движение было равнозамедленным, т.е.:
Тогда:
Подставим:
Если хотите, могу оформить решение более компактно или разобрать физическую модель подробнее.