Задача. У
брусок, що висить на шнурі довжиною = 2м, влучила куля
зі стрілецької зброї, яка летіла горизонтально. Куля застрягла в бруску. З якою
швидкістю
летіла куля, якщо шнур відхилився
від вертикалі на кут
= 15°? Маса бруска
= 2 кг, маса кулі
= 8 г.
Дано: Розв'язання
= 2 м Процес можна разбити на два етапи. Пер-
= 12° ший
етап — зіткнення кулі з бруском. При
= 2 кг цьому брусок набирає швидкість
, але
= 8 г = 0,008 кг практично не встигає зрушити з місця. Ме-
– ? ханічна енергія не
зберігається, але зберігається імпульс:
.
На другому етапі процесу брусок із застряглою в ньому кулею відхиляється
на кут
, підіймаючись при цьому (див.
рисунок) на висоту
.
Ha цьому етапі механічна енергія зберігається:
Звідси
,
(м/с).
Відповідь:
=
290 м/с.
Особливу увагу учнів необхідно привернути до розв'язування задач на пружне зіткнення. Пружним зіткненням (ударом) називають таке зіткнення тіл, коли зберігається механічна енергія. Таким чином, у процесі розв'язування задач на пружні зіткнення можна користуватися законом збереження імпульсу і законом збереження енергії (нагадаємо, що в разі непружних зіткнень можна користуватися тільки законом збереження імпульсу).
Задача. Дві
кулі (тіла круглої форми) однакової маси рухаються вздовж однієї прямої зі
швидкостями і
Якими
будуть швидкості куль
і
після
зіткнення?
Розв'язання. Позначимо масу кажної з куль .
Згідно із заковом збереження імпульсу,
а
згідно із законом збереження енергії
. Напрямимо вісь
х уздовж лінії руху куль. Тоді у проекціях на вісь х закони
збереження імпульсу та енергії записуються у вигляді
Обидва рівняння можна скоротити на ,
а друге рівняння, крім того, помножити на 2, після чого ми дістанемо два
рівняння з двома невідомими
і
:
,
Перегрупуємо доданки в цих рівняннях так, щоб усі величини, які стосуються першої кулі, були ліворуч від знака рівності, а всі величини, які стосуються другої кулі,— праворуч:
, (1)
(2)
Оскільки в умові сказано, що зіткнення відбулося, швидкості
куль змінилися, тобто ,
,
тому обидві частини першого рівняння відмінні від нуля й, отже, друге рівняння
можна почленно розділити на перше. У результаті дістанемо
.
Розв'язуючи це рівняння разом із
рівнянням (1), одержуємо
,
. Це означає, що в результаті пружного
зіткнення кулі однакової маси обмінюються швидкостями.
Непружним ударом називають таке зіткнення тіл, коли
тіла після зіткнення рухаються з однаковими (за модулем і за напрямом) швидкостями.
Іноді після зіткнення тіла
рухаються як єдине ціле,— наприклад, куля застряє в бруску. Часто в умові задач
дано маси та швидкості тіл, що стикаються, а потрібно знайти кінцеву швидкість
єдиного тіла, яке утворилося. Позначимо маси тіл, що стикаються, і
,
а їхні початкові швидкості
і
.
Після зіткнення тіла будуть рухатися як одне тіло з масою . Позначимо кінцеву швидкість
цього тіла п. Тоді, згідно із законом збереження імпульсу,
. Звідси одержуємо
.
Задача.
Куля масою =
10 г , яка вилетіла зі стрілецької зброї й летить горизонтально, влучає в
брусок масою
= 1 кг, що лежить на столі, й застряє в ньому. З якою швидкістю буде рухатися після цього брусок із
кулею, якщо швидкість кулі дорівнює 100 м/с? Розв'язання. Розглядаючи
зіткнення кулі з бруском, можна користуватися законом збереження імпульсу.
Позначимо модуль швидкості
кулі v,
а модуль швидкості бруска з кулею безпосередньо після влучення кулі v.
Оберемо вісь х у напрямі
руху кулі, тоді проекції обох швидкостей є додатними й дорівнюють модулям
швидкостей. Тому закон збереження імпульсу можна записати у вигляді: . Звідси
. Підставляючи числові дані,
одержуємо
= 0,99 м/с. Задачі,
розв'язувані на уроці
1. Куля
(тіло круглої форми) масою т налітає на нерухому кулю масою . Після пружного зіткнення напрям
швидкості першої кулі утворює кут 30° із напрямом її початкової швидкості. З
якими швидкостями рухаються кулі після зіткнення, якщо початкова швидкість першої
кулі
? (Відповідь: перша куля рухається
зі швидкістю
, друга — зі швидкістю
під кутом 30° до початкової
швидкості першої кулі.)
2. Для
автоматичного перезарядження гармати використовують енергію віддачі: відкотні
частини гармати мають переміститися після пострілу на х = 50 см, стискаючи пружину жорсткістю = 40 кН/м. Якою є
початкова швидкість
снаряда масою
= 2,5 кг, якщо маса відкотних частин гармати
= 150 кг? Вважайте положення дула горизонтальним.
Розв'язання. Процес складається з двох етапів: 1-й етап — швидке
згоряння пороху, в результаті якого і снаряд, і відкотні частини набувають
однакових за модулем імпульсів (швидкість відкотніх частин ), 2-й етап — перехід кінетичної
енергії відкотних частин у потенціальну енергію пружно деформованої пружини
. Звідси
Відповідь: 490 м/с.
3. Підвішена
на нитці кулька здійснює коливання. Коли кулька проходить положення рівноваги,
сила натягу нитки у 2 рази перевищує силу тяжіння, що діє на кульку. На який
максимальний кут від вертикалі відхиляється
нитка?
Розв'язання. Згідно з умовою вага кульки в нижній точці у 2 рази перевищує
силу тяжіння, що діє на кульку. Отже, нормальне прискорення кульки в цій точці
за модулем дорівнює , звідки
.
У момент максимального відхилення від положення рівноваги
вся кінетична енергія кульки переходить у потенціальну
,
звідки
.
Як видно з рисунка
, Отже,
Відповідь:
= 60°.
Домашнє завдання
Основне:
1. К:впр. 30 (7, 8, 9).
2. Г: § 24 (24.3).
3. 1) Куля з пневматичної гвинтівки, що летить горизонтально зі швидкістю 50 м/с, влучає в брусок, який лежить на столі, й застряє в ньому. На яку відстань переміститься брусок, якщо його маса в 49 разів більша від маси кулі, а коефіцієнт тертя між бруском і столом дорівнює 0,2? (36: № 27.3)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.