Итак, давление убывает с высотой по показательному
закону в соответствии с барометрической формулой (1.8). Формула (1.8) на
больших высотах (сравнимых по величине с радиусом Земли) дает большую
погрешность. Это связано с тем, что пренебрегаем не только изменением
температуры с высотой, но и изменением ускорения свободного падения ().
Во многих случаях можно составить дифференциальные
уравнения, в которых вместо дифференциалов содержатся производные,
рассматриваемые как скорости изменения величин. В этом случаи мы вроде бы не
рассматриваем приращения, но они учтены предварительно. Например, определяя
скорость как , не пишем
и
, хотя
эти приращения фактически учтены, т. к.
.
Аналогично ускорение в момент времени
выражается
зависимостью:
.
П р и м е р 1. Материальная точка движется по прямой с
постоянным ускорением . Начальная скорость точки
, и к моменту
точка
прошла расстояние
. Найти закон движения точки.
Р е ш е н и е. По определению ,
. (1.9)
Находим из начальных условий
(при
,
)
и уравнение (1.9) запишется
. (1.10)
Так как , то
или
, или
, или
. (1.11)
Для нахождения учитываем,
что при
. Тогда после
подстановки в (1.11) получаем
. Следовательно
уравнение движения запишется:
. (1.12)
П р и м е р 2. Катер движется в спокойной воде со
скоростью . На полном ходу его мотор выключается, и
за 40 секунд скорость катера уменьшается до
.
Определить скорость катера через 2 минуты после остановки мотора.
Р е ш е н и е. На движущийся катер действует сила , где
-
коэффициент пропорциональности. По закону Ньютона,
.
Следовательно, дифференциальное уравнение движения имеет вид:
. (1.13)
Решаем его:
,
,
. (1.14)
Учитывая начальные условия (,
), получаем
. Тогда
общий закон движения имеет вид:
(1.15)
Учитывая дополнительные условия (при скорость
), из
(1.15) получаем:
или
.
Тогда (1.15) запишется:
. (1.16)
Получаем
скорость катера через :
.
О т в е т. Скорость катера через 2 минуты после остановки
мотора станет равной .
Решение некоторых задач приводит к уравнениям, содержащим неизвестные функции под знаком интеграла. Такие уравнения называют интегральными. Они, в частности, возникают, когда при составлении уравнения используется геометрический смысл определённого интеграла как площади криволинейной трапеции и другие интегральные формулы (длина дуги, площадь поверхности, объем тела, работа силы и т. д.). В простейших случаях путём дифференцирования удается преобразовать интегральные уравнения в дифференциальные, которые интегрируются обычными методами.
П р и м е р 1. Найти кривую, проходящую через точку и обладающую следующим свойством: если
через любую точку кривой провести 2 прямые, параллельные координатным осям, до
пересечения с последними, то полученный при этом прямоугольник делится кривой
на 2 части, из которых одна (примыкающая к оси
) по
площади вдвое больше другой.
Р е ш е н и е. Через любую точку кривой проводим две прямые:
и
.
Согласно условию задачи, площадь
равна двум площадям
. Т. к.
, а
площадь
, то получаем уравнение
или
.
Продифференцируем по
обе части уравнения
или
.
;
;
;
или . Т. о., указанным свойством обладают
параболы с вершинами в начале координат и с осями симметрии, совпадающими с
осью
. Используя начальное условие, находим
, и поэтому искомой кривой является
парабола
.
Пусть дано уравнение семейства кривых, зависящие от одного параметра
. (1.17)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.