Logo
Logo

Наклонные плоскости

Условие

Часть А. Состав на наклонном участке

Перегон железной дороги состоит из 3-х участков: 1-й и 3-й участки горизонтальны, причем 3-й – расположен ниже 1-го на $h$. Второй участок, расположенный между 1-м и 3-м, имеет постоянный уклон. Длина 2-го участка $L$ (Рис. 1). Сопряжения между участками плавные (ударов нет).

Рис. 1

По перегону проследовал, двигаясь издалека по инерции, состав вагонов длиной $S$ ($S > L$). Длины 1–го и 3-го участков значительно больше $S$. Трение, действующее на состав, пренебрежимо мало, масса состава распределена равномерно по его длине, а длина вагона много меньше $L$. Пока состав полностью находился на 1-м участке, его скорость была $v$.

A1  1.00 В течение какого времени состав двигался на перегоне с постоянным по величине не равным нулю ускорением $a$?

A2  1.00 Чему равно это ускорение $a$?

A3  2.00 В течение какого времени $\Delta t_1$ первый вагон двигался по наклонному участку пути?

A4  2.00 В течение какого времени $\Delta t_2$ по наклонному участку пути двигался последний вагон?

Часть В. Ледянка на горке

С высокой прямой горки высотой $h = 30~\text{м}$ соскальзывает ледянка. Проехав по закруглению, которое по размерам гораздо меньше размеров горки и сопоставимо с размерами ледянки, она проезжает по горизонтали ещё $L = 60~\text{м}$. Траектория ледянки на участке закругления представляет собой дугу окружности малого радиуса (Рис. 2). Расстояние по горизонтали от проекции вершины горки до начала горизонтального участка $d = 40~\text{м}$.

Рис. 2

B1 Найдите коэффициент трения скольжения $\mu$ между ледянкой и льдом.

Указание: Возможно, вы получите уравнение относительно $\mu$, которое не решается аналитически. Придумайте, как определить $\mu$ с точностью до двух значащих цифр.

Часть С. Багаж на наклонной панели

В зоне контроля аэропорта перед лентой транспортёра расположена панель с цилиндрами, которые могут свободно вращаться относительно своей оси (Рис. 3). Коробка массы $M$ и длиной $L$ движется по сплошным цилиндрам массы $m$ ($m \ll M$) и радиуса $r$ ($r \ll L$), которые расположены очень близко друг к другу, но не соприкасаются между собой. Расстояние по горизонтали между лентой транспортёра и началом панели $d$ ($d \gg L$).

Рис. 3

  1. Рассчитайте среднюю силу сопротивления движению коробки (составляющую силы, направленную против скорости коробки) в случае горизонтальной панели.
  2. Рассчитайте время движения коробки по горизонтальной панели, если её запустили с начальной скоростью .
  3. Теперь рассмотрим более длинную панель, установленную под углом $\alpha$ к горизонту, причём расстояние $d$ не изменилось (Рис. 4). Коробка начинает движение из состояния покоя. Считайте, что, так как $d \gg L$, установившийся режим (если он возможен) достигается быстро. При каком угле $\alpha$ время движения коробки будет минимальным?

Рис. 4

С1  0.70 Ответьте на вопросы 1, 2, 3, если коэффициент трения $\mu=0$.

C2  2.10 Ответьте на вопросы 1, 2, 3, если коэффициент трения $\mu \to \infty$.

C3  3.00 Ответьте на вопросы 1 и 3, если коэффициент трения $\mu$ – некоторая известная величина, сравнимая с 1. Считайте, что в любой момент $v \ll \dfrac{Mr}{m} \sqrt{\frac{\mu g}{L}}$.