Главная / ЕГЭ Физика / Задание №26 / ID 108794
ID 108794 ЕГЭ Физика Линия №26 СдамГИА ID: 25731 Кинематика
✈️ TG ВК Следующая ⏭️
[рис.] На вертикальной оси укреплена горизонтальная штанга, по которой могут без трения перемещаться два груза массами m1  =  100 г и m2  =  300 г, связанные тонкой нерастяжимой нитью длиной l  =  18 см. Определите, с какой частотой штанга вращается вокруг вертикальной оси, если натяжение нити составляет 100 Н.
Какие законы Вы используете для описания движения грузов? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Чертеж к задаче
💡 Пошаговый разбор и решение:
Обоснование.
1.  Рассмотрим задачу в системе отсчета, связанной с Землей. Будем считать эту систему отсчета инерциальной (ИСО).
2.  Невесомый стрежень и грузы $m_1$ и $m_2$ образуют твердое тело (форма и размеры тела неизменны, расстояние между любыми двумя точками тела в силу нерастяжимости нити остается неизменным).
3.  Изменение механической энергии твердого тела в ИСО = работе внешних непотенциальных сил. На твердое тело «стержень и грузы» действуют внешние силы: $\vecN$ со стороны оси, на которой вращается стержень, и потенциальные силы тяжести $m_1\vecg$ и $m_2\vecg$ Работа силы $\vecN$ равна нулю, так как по условию трение отсутствует. Поэтому механическая энергия твердого тела «стержень и грузы» сохраняется.
4.  Нить, соединяющая на грузики, является невесомой, поэтому силы натяжения, действующие на каждый из грузиков, равны по модулю. = действующая всех приложенных к каждому грузику сил постоянна, поэтому движение тел с постоянным по модулю ускорением.
5.  Грузы считаем материальными точками, для которых применяем второй закон Ньютона.

Перейдем к решению. Запишем уравнение 2-⁠го закона Ньютона в проекции на ось, направленную вдоль штанги к оси вращения. Для первого и второго тела соответственно:

$$$\begin{cases} T=ma_ц1=m_1\omega ^2 r_1 \\[6pt] T=ma_ц2=m_2\omega ^2 r_2 \end{cases}$$$

где T  — сила натяжения нити, $\omega$   — угловая скорость вращения штанги, $r_1$ и $r_2$   — расстояния до оси вращения для первого и второго груза соответственно.
Учитывая, что расстояние между грузами $l=r_1 + r_2$ находим:

$m_1r_1=m_2r_2 = сильно m_1 ( l - r_2 ) =m_2r_2$
откуда $r_2= \frac{m_1l}{m_1 + m_2}$

Подставим найденное выражение в выражение для натяжения нити:

$T=m_2\omega ^2 r_2$
откуда $\omega = \sqrt{аргумента: $\frac{T}{m_2 r_2}$} аргумента = \sqrt{аргумента: $\frac{T ( m_1 + m_2 )}{m_2 \cdot m_1l}$} аргумента$

Отсюда частота вращения штанги:

$\nu= $\frac{\omega}{2 \pi}$ = $\frac{1}{2 \pi}$ \sqrt{аргумента: $\frac{T ( m_1 + m_2 )}{m_1m_2l}$} аргумента = $\frac{1}{2 \cdot 3,14}$ \cdot \sqrt{аргумента: $\frac{100 \cdot ( 0,1 + 0,3 )}{0,1 \cdot 0,3 \cdot 0,18}$} аргумента \approx 14Гц$

Ответ: 14 Гц.
Правильный ответ: 14 Гц
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 104938 • Задание №9
При освещении одной и той же дифракционной решетки монохроматическим светом на экране, установленном за ней, в...
Смотреть разбор ↗
ID 102801 • Задание №3
Два тела движутся с одинаковой скоростью. Кинетическая энергия первого тела в 4 раза меньше кинетической энерг...
Смотреть разбор ↗
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:

Критерии оценивания выполнения задания | Баллы

Критерий 1

Верно обоснована возможность использования законов (закономерностей). | 1

В обосновании возможности использования законов (закономерностей) допущена ошибка.

ИЛИ

Обоснование отсутствует. | 0

Критерий 2

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:
I)  записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом;
II)  описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);
III)  проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);
IV)  представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины. | 3

Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеются один или несколько из следующих недостатков.
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объеме или отсутствуют.

И (ИЛИ)

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачеркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.).

И (ИЛИ)

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/⁠вычислениях пропущены логически важные шаги.

И (ИЛИ)

Отсутствует пункт IV, или в нем допущена ошибка. | 2

Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо и достаточно для решения данной задачи, без каких-⁠либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.

ИЛИ

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

ИЛИ

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. | 1

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | 0

Максимальный балл | 4
🔗 Другие задания линии №26 по предмету Физика:
ID 108782 Два одинаковых груза массой $M=100 г$ каждый подвешены на концах невесомой и нерастяжимой нити,... ID 108783 На последнем автосалоне в Детройте фирма «Мерседес» представила новый родстер с двигателем объе... ID 108784 [рис.] Из двух ровных досок сделан желоб, представляющий собой двугранный угол с раствором $2 а... ID 108785 [рис.] К одному концу легкой пружины жесткостью k  =  100 Н/⁠м прикреплен массивный груз, лежащ... ID 108786 [рис.] В установке, изображенной на рисунке, грузик А соединен перекинутой через блок нитью с б...
← Предыдущее задание 📚 Все задания по предмету Следующее задание →