1 Записана кинематическая связь из условия отсутствия проскальзывания\[\vec v=\Omega\hat z\times\vec R+\vec\omega\times\hat zr\] | 0.10 |
|
1 Взята производная по времени от кинематической связи\[\dot{\vec v}=\Omega\hat z\times\vec v+\frac{\mathrm d\vec\omega}{\mathrm dt}\times(r\hat z)\] | 0.10 |
|
2 Получено выражение для ускорения шарика\[\dot{\vec v}=\frac\Omega{1+mr^2/I}\hat z\times\vec v\] | 0.10 |
|
1 Записан интеграл по времени от ускорения\[\vec v-\vec v_0=\frac\Omega{1+mr^2/I}\hat z\times(\vec R-\vec R_0)\] | 0.10 |
|
2 Получено выражение для скорости шарика\[\vec v=\frac\Omega{1+mr^2/I}\hat z\times(\vec R-\vec R_0)+\vec v_0\] | 0.10 |
|
1 Найден радиус траектории\[R_t=\frac{1+mr^2/I}\Omega v_0\] | 0.20 |
|
2 Найдено положение центра траектории\[\vec R_c=\vec R_0+\frac{1+mr^2/I}{\Omega}\hat z\times\vec v_0\] | 0.30 |
|
1 Найдено время возвращения в исходную точку в общем случае\[t=\frac{14\pi}\Omega\] | 0.20 |
|
2 Найдено время возвращения в исходную точку в случае, описанном в задаче\[t=\frac{14\pi}{9\Omega}\] | 0.30 |
|
1 Получено выражение для скорости\[\vec v=\frac I{I+mr^2}\hat z\times\left(\Omega\vec R-\Omega_0\vec R_0\right)+\vec v_0\] | 0.10 |
|
2 Получено выражения для ускорения\[\dot{\vec v}=\frac I{I+mr^2}\hat z\times\left(\dot\Omega(t)\vec R+\Omega\vec v\right)\] | 0.10 |
|
1 Угловое ускорение диска выражено через скорость и положение шарика\[I_d\dot\Omega=-\frac{mI}{I+mr^2}\left(\dot\Omega R^2+\Omega\left(\vec v\cdot\vec R\right)\right)\] | 0.30 |
|
2 Угловое ускорение диска выражено через положение шарика\[\dot\Omega=-\frac{\alpha\Omega\left(\vec c\cdot\vec R\right)}{\delta r^2+\alpha R^2},\quad\vec c=\vec v_0-\alpha\Omega_0\hat z\times\vec R_0\] | 0.30 |
|
1 Найдено скалярное произведение координаты и скорости шарика\[\vec v\cdot\vec R=\vec R\cdot\vec c\] | 0.30 |
|
2 В результате интегрирования получена зависимость угловой скорости диска от положения шарика\[\Omega=\Omega_0\sqrt\frac{\delta+\alpha R_0^2/r^2}{\delta+\alpha R^2/r^2}\] | 0.30 |
|
1 Найдено максимальное значение угловой скорости диска\[\Omega_\mathrm{max}=\Omega_0\sqrt{1+\frac{\alpha R_0^2}{\delta r^2}}\] | 0.10 |
|
1 Найдена угловая скорости диска из закона сохранения момента импульса\[\Omega=\frac{L-m\hat z\cdot\left(\vec R\times\vec c\right)}{I_d+\alpha mR^2}\] | 0.50 |
|
2 Найдена угловая скорость диска в системе координат $xyz$\[\Omega=\frac{L/mr^2+cy/r^2}{\delta+\alpha R^2/r^2}\] | 0.50 |
|
3 Получено уравнение траектории\[k\alpha^2x^2+(k\alpha^2-c^2)y^2-2\lambda cy=\lambda^2-k\alpha\delta r^2,\quad k=\Omega_0^2(\delta r^2+\alpha R_0^2),\quad\lambda=L/m\] | 0.90 |
|
4
Корректно перечислены возможные траектории шарика:
|
0.60 |
|
1 Записаны второй закон Ньютона и закон изменения момента импульса\begin{cases}m\dot{\vec v}=\vec F_f+Q\vec v\times\vec B\\I\dot{\vec\omega}=-r\hat z\times\vec F_f+\vec\tau_s\end{cases} | 0.20 |
|
2 Получено выражение для момента сил, действующего на шарик из-за его вращения\[\vec\tau_s=\frac{Qr^2}3\vec\omega\times\vec B\] | 0.30 |
|
1 Получена формула для ускорения шарика\[(I+mr^2)\dot{\vec v}=\left(\frac{4Qr^2B}{3}-I\Omega\right)\vec v\times\hat z-\frac{Qr^2B}{3}\Omega\vec R\] | 0.20 |
|
2 Получено дифференциальное уравнение второго порядка на $\vec R$\[\frac{\mathrm d^2\vec R}{\mathrm dt^2}-\gamma\frac{\mathrm d\vec R}{\mathrm dt}\times\hat z+\beta\vec R=0,\quad\beta=\frac{Qr^2B\Omega}{3(I+mr^2)},\quad\gamma=\frac{4\beta}{\Omega}-\alpha\Omega\] | 0.30 |
|
1 Корректно совершён переход к полярным координатам\[\begin{cases}\ddot\rho+(\beta-\gamma\dot\eta-\dot\eta^2)\rho=0\\\rho\ddot{\eta}+\dot\rho(\gamma+2\dot\eta)=0\end{cases}\] | 0.50 |
|
2 Получен вид функции $\eta(t)=-\frac\gamma2t+\phi$ и выражение для $\beta'=\beta+\gamma^2/4$ | 0.30 |
|
3
Описаны условия для различного поведения $\rho(t)$:
|
0.20 |
|
1 Найдена траектория шарика, соответствующая начальным условиям\[\begin{cases}x(t)=(1+t/с)\cos (t/c)~м\\y(t)=-(1+t/с)\sin (t/c)~м\end{cases}\] | 0.50 |
|
2 Найдена угловая скорость диска\[\Omega=(-11\pm\sqrt{77})~с^{-1}\] | 0.30 |
|
3 Найден знак заряда шарика «$+$» | 0.10 |
|
1 Найдено суммарное изменение кинетической энергии поступательного движения\[\Delta K=t^2/2\] | 0.40 |
|
2 Найдено изменение кинетической энергии поступательного движения за оборот\[\Delta K_N=4\pi^2N\] | 0.40 |
|
3 Найдено суммарное изменение кинетической энергии вращательного движения\[K_s=\frac I2\left(v^2+\Omega^2R^2+2|\Omega|vR\right)\] | 0.30 |
|
4 Найдено изменение кинетической энергии вращательного движения за оборот\[\Delta K_s=\frac I2\left(v^2-v_0^2+\Omega^2(R^2-R_0^2)+2|\Omega|(vR-v_0R_0)\right)\] | 0.30 |
|
5 Найдено суммарное изменение кинетической энергии\[\Delta E=\frac{t^2}2\left(\frac{(1+|\Omega|)^2}{11}+1\right)\\\Delta E_N=4\pi N\left(\frac{(1+|\Omega|)^2}{11}+1\right)\] | 0.20 |
|