[рис.] Небольшой брусок массой m = 50 г соскальзывает с высоты H = 60 см по наклонной плоскости, плавно переходящей в кольцевой желоб (см. рис.). Радиус кольца R = 20 см, его плоскость вертикальна.
Начальная скорость бруска равна нулю, трение отсутствует.
Из приведенного ниже списка выберите все верные утверждения, описывающие данное движение тела. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1. Кинетическая энергия бруска в нижней точке кольца равна 0,3 Дж.
2. Брусок оторвется от поверхности желоба, не добравшись до самой верхней точки кольца.
3. Сила давления, действующая на брусок в самой верхней точке кольца, равна по модулю 0,5 Н.
4. Сила давления, действующая на брусок в самой нижней точке кольца, равна по модулю 3 Н.
5. Кинетическая энергия бруска в самой нижней точке кольца равна 0,1 Дж.
Начальная скорость бруска равна нулю, трение отсутствует.
Из приведенного ниже списка выберите все верные утверждения, описывающие данное движение тела. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1. Кинетическая энергия бруска в нижней точке кольца равна 0,3 Дж.
2. Брусок оторвется от поверхности желоба, не добравшись до самой верхней точки кольца.
3. Сила давления, действующая на брусок в самой верхней точке кольца, равна по модулю 0,5 Н.
4. Сила давления, действующая на брусок в самой нижней точке кольца, равна по модулю 3 Н.
5. Кинетическая энергия бруска в самой нижней точке кольца равна 0,1 Дж.
💡 Пошаговый разбор и решение:
[рис.] 1. Верно. По закону сохранения энергии в нижней части кольца кинетическая энергия равна потенциальной энергии тела в начальной точке, то есть:
$E_k=mgH=0,05 \cdot 10 \cdot 0,6=0,3$
2. Неверно. Тело пройдет верхнюю точку, если сила реакции опоры в ней будет равна нулю. Центростремительное ускорение $g=a= \frac{v ^2}{R}$ направлено вниз. В начальной точке энергия тела равна 0,3 Дж. Тогда в верхней точке кольца полная энергия равна
$E=2mgR + $\frac{m v ^2}{2}$ =2mgR + $\frac{mgR}{2}$ =2,5mgR=2,5 \cdot 0,05 \cdot 10 \cdot 0,2=0,25\; Дж$ $E=2mgR + $\frac{m v ^2}{2}$ =2mgR + $\frac{mgR}{2}$ =$
$=2,5mgR=2,5 \cdot 0,05 \cdot 10 \cdot 0,2=0,25\; Дж$
и меньше начальной энергии. Следовательно, тело не оторвется от кольца ни в какой точке.
3. Верно. В верхней точке кольца на тело действуют сила реакции опоры и сила тяжести, направленные вертикально вниз. Также вертикально вниз направлено в этой точке и центростремительное ускорение. По второму закону Ньютона в проекции на вертикальную ось $ma=mg + N$ или
$N=m ( $\frac{v ^2}{R}$ - g )$
Скорость тела в верхней точке кольца найдем из закона сохранения механической энергии:
$mgH=2mgR + \frac{m v ^2}{2}$ откуда $v ^2 =2g ( H - 2R )$
Сила реакции опоры в верхней точке кольца:
$N= $\frac{mg ( 2H - 5R )}{R}$ = $\frac{0,05 \cdot 10 \cdot ( 2 \cdot 0,6 - 5 \cdot 0,2 )}{0,2}$ =0,5\; Н$
4. Неверно. Рассмотрим силы, действующие на тело в нижней точке кольца: сила реакции опоры, направленная вертикально вверх, и сила тяжести, направленная вертикально вниз. Центростремительное ускорение направлено вертикально вверх. По второму закону Ньютона в проекции на вертикальную ось $ma=N - mg$ откуда:
$N=m ( $\frac{v ^2}{R}$ + g )$
Из закона сохранения энергии следует, что в нижней точке:
$mgH= \frac{m v ^2}{2}$ откуда $v ^2 =2gH$
Тогда сила реакции опоры в нижней точке:
$N=mg ( $\frac{2H}{R}$ + 1 ) =0,05 \cdot 10 \cdot ( $\frac{2 \cdot 0,6}{0,2}$ + 1 ) =3,5\; Н$
5. Неверно. Из первого пункта следует, что кинетическая энергия бруска в нижней точке равна 0,3 Дж.
Ответ: 13.
$E_k=mgH=0,05 \cdot 10 \cdot 0,6=0,3$
2. Неверно. Тело пройдет верхнюю точку, если сила реакции опоры в ней будет равна нулю. Центростремительное ускорение $g=a= \frac{v ^2}{R}$ направлено вниз. В начальной точке энергия тела равна 0,3 Дж. Тогда в верхней точке кольца полная энергия равна
$E=2mgR + $\frac{m v ^2}{2}$ =2mgR + $\frac{mgR}{2}$ =2,5mgR=2,5 \cdot 0,05 \cdot 10 \cdot 0,2=0,25\; Дж$ $E=2mgR + $\frac{m v ^2}{2}$ =2mgR + $\frac{mgR}{2}$ =$
$=2,5mgR=2,5 \cdot 0,05 \cdot 10 \cdot 0,2=0,25\; Дж$
и меньше начальной энергии. Следовательно, тело не оторвется от кольца ни в какой точке.
3. Верно. В верхней точке кольца на тело действуют сила реакции опоры и сила тяжести, направленные вертикально вниз. Также вертикально вниз направлено в этой точке и центростремительное ускорение. По второму закону Ньютона в проекции на вертикальную ось $ma=mg + N$ или
$N=m ( $\frac{v ^2}{R}$ - g )$
Скорость тела в верхней точке кольца найдем из закона сохранения механической энергии:
$mgH=2mgR + \frac{m v ^2}{2}$ откуда $v ^2 =2g ( H - 2R )$
Сила реакции опоры в верхней точке кольца:
$N= $\frac{mg ( 2H - 5R )}{R}$ = $\frac{0,05 \cdot 10 \cdot ( 2 \cdot 0,6 - 5 \cdot 0,2 )}{0,2}$ =0,5\; Н$
4. Неверно. Рассмотрим силы, действующие на тело в нижней точке кольца: сила реакции опоры, направленная вертикально вверх, и сила тяжести, направленная вертикально вниз. Центростремительное ускорение направлено вертикально вверх. По второму закону Ньютона в проекции на вертикальную ось $ma=N - mg$ откуда:
$N=m ( $\frac{v ^2}{R}$ + g )$
Из закона сохранения энергии следует, что в нижней точке:
$mgH= \frac{m v ^2}{2}$ откуда $v ^2 =2gH$
Тогда сила реакции опоры в нижней точке:
$N=mg ( $\frac{2H}{R}$ + 1 ) =0,05 \cdot 10 \cdot ( $\frac{2 \cdot 0,6}{0,2}$ + 1 ) =3,5\; Н$
5. Неверно. Из первого пункта следует, что кинетическая энергия бруска в нижней точке равна 0,3 Дж.
Ответ: 13.
Правильный ответ:
13
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 168096 • Задание №19
Из какого материала — стали или дерева — следует строить научно-исследовательские суда для изучения магнитно...
ID 105019 • Задание №10
В цилиндре под поршнем находится твердое вещество. Цилиндр поместили в раскаленную печь. На рисунке показан гр...
🔗 Другие задания линии №35 по предмету Физика:
ID 109467
На графике представлены результаты измерения длины пружины l при различных значениях массы m по...
ID 109468
[рис.] Две силы F1 и F2 уравновешивают систему невесомых блоков, соединенных с помощью невесомы...
ID 109469
На горизонтальном шероховатом диске радиусом 30 см покоится на расстоянии r от центра точечное ...
ID 109470
[рис.] Точечное тело начинает движение в координатной плоскости X0Y из точки с координатой (0; ...
ID 109471
Маленький шарик прикреплен к одному концу невесомой пружины. Другой конец пружины закреплен на ...