Подвижный клин массой `2m` с прямым углом в вершин...

Created on: December 13, 2025

Answered using GPT-5.1 Instant by Chat01

Question

dd24e5927182a44cb7cebf447914507b.pngdd24e5927182a44cb7cebf447914507b.png

Подвижный клин массой 2m с прямым углом в вершине и углом alpha=30^@ при основании (см. рисунок) находится на гладкой горизонтальной поверхности. Через блок перекинута нить, связывающая грузы, массы которых равны m и 3m. Первоначально систему удерживают в неподвижном состоянии, а затем отпускают. В результате грузы и клин движутся поступательно. В некоторый момент грузы движутся относительно клина со скоростью u=1  "м/с". С какой скоростью v движется в этот момент клин по горизонтальной поверхности? Массы блока и нити считайте пренебрежимо малыми. Трения нет.

Answer

Решение даю в кратком и аккуратном виде — ответ получается

v0.39 м/с.v \approx 0.39\ \text{м/с}.

📐 Ключевая идея решения

В отсутствие трения горизонтальная проекция импульса всей системы сохраняется.

Скорости грузов заданы относительно клина, поэтому абсолютные скорости получаются как

vгруза=vклина+uотн.\vec v_{\text{груза}}=\vec v_{\text{клина}}+\vec u_{\text{отн}} .

Геометрия клина:
угол слева — 3030^\circ, справа — 6060^\circ.
Направления движений (относительно клина):

  • груз m движется вверх по левому скату (к блоку),
  • груз 3m движется вниз по правому скату (от блока),
  • относительные скорости по величине равны u=1 м/сu=1\text{ м/с}.

📐 Векторы относительных скоростей

Левый склон (к блоку): направление вверх под углом 150150^\circ:

u1=u(32,12)\vec u_1 = u\bigl(\tfrac{\sqrt3}{2},-\tfrac12\bigr)

Правый склон: направление вниз под углом 60-60^\circ:

u2=u(12,32)\vec u_2 = u\bigl(\tfrac12,-\tfrac{\sqrt3}{2}\bigr)

Абсолютные скорости:

v1=(v,0)+u1,v2=(v,0)+u2.\vec v_1 = (v,0)+\vec u_1,\qquad \vec v_2 = (v,0)+\vec u_2 .

⚖ Сохранение горизонтального импульса

mv1x+3mv2x+2mv=0.m v_{1x} + 3m v_{2x} + 2m v = 0.

Подставляем:

m(v+u32)+3m(v+u12)+2mv=0.m(v+u\tfrac{\sqrt3}{2}) + 3m(v+u\tfrac12) + 2m v = 0.

Собираем:

6mv+mu(32+32)=0.6 m v + m u\Bigl(\tfrac{\sqrt3}{2}+\tfrac32\Bigr)=0.

Отсюда

v=u(3+3)12.v = -\,\frac{u(\sqrt3+3)}{12}.

Минус означает, что клин движется влево (в противоположную сторону движению тяжёлого груза).


✔ Численный результат

v=1(3+3)124.732120.39 м/с.v = \frac{1(\sqrt3+3)}{12}\approx \frac{4.732}{12}\approx 0.39\text{ м/с}.

Ответ:

v0.39 м/с\boxed{v \approx 0.39\text{ м/с}}

Если хочешь — могу построить схемы скоростей или вывести решение более подробно.

Share this Q&A