По наклонной плоскости вверх пускают тело с начальной скоростью 3 м/с. Поднявшись на некоторую высоту, тело соскальзывает по тому же пути вниз. Какова будет скорость тела, когда оно вернется в исходную точку? Коэффициент трения 0,8. Угол наклона плоскости к горизонту 45°.
от

1 Ответ

Дано:
- начальная скорость v_0 = 3 м/с,
- коэффициент трения μ = 0,8,
- угол наклона плоскости θ = 45°.

Найти:
- скорость тела v при возвращении в исходную точку.

Решение:

1. На тело действуют силы: сила тяжести и сила трения. Рассмотрим движение вверх по наклонной плоскости. Сила тяжести, действующая вниз вдоль наклонной плоскости, будет равна:
   F_gravity = m * g * sin(θ),
где g ≈ 9,81 м/с².

2. Сила трения, которая действует вниз по наклону, равна:
   F_friction = μ * N,
где N - нормальная сила, равная:
   N = m * g * cos(θ).
Таким образом:
   F_friction = μ * m * g * cos(θ).

3. Запишем уравнение движения для подъема. Ускорение a_up будет:
   a_up = -(g * sin(θ) + μ * g * cos(θ)).
Подставим значения sin(45°) и cos(45°):
   a_up = -(g * (sqrt(2)/2) + 0.8 * g * (sqrt(2)/2))
         = -g * (1 + 0.8) * (sqrt(2)/2)
         = -1.8 * g * (sqrt(2)/2).

4. Теперь найдем высоту h, на которую поднимется тело. Используем закон сохранения энергии или уравнение движения. В конечный момент скорость будет равна 0:
   0 = v_0^2 + 2 * a_up * h,
   0 = 3^2 + 2 * (-1.8 * g * (sqrt(2)/2)) * h.
   
5. Подставим значение g:
   0 = 9 - 2 * (1.8 * 9.81 * (sqrt(2)/2)) * h
   9 = 1.8 * 9.81 * (sqrt(2)/2) * h
   h = 9 / (1.8 * 9.81 * (sqrt(2)/2)).

6. Посчитаем h:
   h ≈ 9 / (1.8 * 9.81 * 0.7071)
     ≈ 9 / 12.4453
     ≈ 0.723 м.

7. Теперь рассмотрим движение тела вниз. Начальная скорость при спуске будет равна 0, так как оно остановилось на верхней точке. Скорость v в любой момент можно найти из уравнения:
   v^2 = 0 + 2 * g * sin(θ) * h - 2 * μ * g * cos(θ) * h,
где h – это высота, на которую поднялось тело.

8. Подставим значения:
   v^2 = 2 * g * (sqrt(2)/2) * h - 2 * μ * g * (sqrt(2)/2) * h
        = 2 * g * (sqrt(2)/2) * h * (1 - μ).

9. Таким образом, выражение принимает вид:
   v^2 = (g * sqrt(2) * h) * (1 - 0.8).

10. Подставим h и g ≈ 9.81 м/с²:
   v^2 = (9.81 * sqrt(2) * 0.723) * 0.2
        ≈ (9.81 * 1.414 * 0.723) * 0.2
        ≈ (9.81 * 1.014) * 0.2
        ≈ 9.95 * 0.2
        ≈ 1.99 м²/с².

11. Найдем скорость v:
   v = sqrt(1.99) ≈ 1.41 м/с.

Ответ:
Скорость тела, когда оно вернется в исходную точку, составит примерно 1.41 м/с.
от