На нитці, перекинутій через нерухомий блок, підвішені вантажі масами m і 2m. Якою буде сила натягу нитки, якщо: а) підтримувати долонею вантаж більшої маси не даючи системі рухатися; б) утримувати менший вантаж; в) звільнити систему?

1)

Дано:

m1 = 0,3 кг

m2 = 0,2 кг

v1 = 8 м/с

v2 = 16 м/с

u - ?

α - ?

Удар будет неупругим, т.к. шары пластилиновые. Значит закон сохранения импульса:

m1v1 + m2v2 = (m1 + m2)*u

Шары движутся взаимно перпендикулярно, значит проанализируем проекции их движения и применим закон сохранения импульса к проекциям импульсов шаров. Первый шар движется сонаправленно оси Х, второй - оси Y:

Ось Х: v1 = v1x; v2 = 0 => m1v1x = (m1 + m2)*ux => ux = m1v1x/(m1 + m2)

Ось Y: v1 = 0; v2 = v2y => m2v2y = (m1 + m2)*uy => uy = m2v2y/(m1 + m2)

теперь найдём скорость u:

u = √(ux² + uy²) = √((m1v1x/(m1 + m2))² + (m2v2y/(m1 + m2))²) = √(((m1v1x)² + (m2v2y)²)/(m1 + m2)²) = √(((0,3*8)² + (0,2*16)²)/(0,3 + 0,2)²) = √((5,76 + 10,24)/0,25) = √(16/0,25) = 4/0,5 = 8 м/с - скорость шаров после удара

Скорость первого шара сонаправленна с осью Х. После столкновения составляющая "ux" скорости "u" будет тоже сонаправленна с осью Х. Тогда угол между "u" и "v1" можно найти через отношение "ux" и "u" (через косинус угла между "ux" и "u"):

cosα = ux/u = (m1v1x/(m1 + m2))/u = (0,3*8/(0,3 + 0,2))/8 = 0,3*8/(0,5*8) = 0,3/0,5 = 0,6 => α = arccos(0,6) = 53,13010... = 53°

ответ: 8 м/с, 53°.

2)

Дано:

m = 100 г = 0,1 кг

v = 10 м/с

t(неупр.) = 0,05 с

t(упр.) = 0,01 c

Δp(упр.), Δp(неупр.), Fср.(упр.), Fср.(неупр.) - ?

Неупругий удар:

p1 = - mv1 - до удара (скорость противонаправлена оси Y, поэтому стоит знак "минус")

p2 = mv2 = 0 - после удара

Δp(неупр.) = p2 - p1 = mv2 - (- mv1) = 0 - (- mv1) = mv1 = 0,1 * 10 = 1 кг*м/с

Упругий удар:

p1' = - mv1

p2' = mv2 - после удара шарик отскочит (скорость по модулю будет такой же и она будет сонаправлена с осью Y, поэтому стоит знак "плюс")

Δp(упр.) = p2' - p1' = mv2 - (- mv1) = mv2 + mv1 = m(v2 + v1) = 0,1*(10 + 10) = 2 кг*м/с

Второй закон Ньютона в импульсной форме:

F*t = Δp => F = Δp/t

Fср.(упр.) = Δp(упр.)/t(упр.) = 2/0,01 = 200 Н

Fср.(неупр.) = Δp(неупр.)/t(неупр.) = 1/0,05 = 20 Н

ответ: 1 кг*м/с, 2 кг*м/с, 20 Н, 200 Н.

3)

Дано:

h = 5 м

V(камня) = 0,6 м³

p(камня) = 2500 кг/м³

р(воды) = 1000 кг/м³

A - ?

Камень из воды поднимать легче, потому что на него действует сила Архимеда, направление которой совпадает с направлением силы подъёма и обратно направлению силы тяжести. Если камень поднимают равномерно, то равнодействующая сил равна нулю:

F(подъёма) + Fa + Fт = ma = 0

F(подъёма) + Fa - Fт = 0 (сила тяжести со знаком "минус" - направление обратное направлениям силы подъёма и силы Архимеда)

F(подъёма) = Fт - Fa = mg - p(воды)*V(камня)*g = p(камня)*V(камня)*g - p(воды)*V(камня)*g = V(камня)*g*(p(камня) - p(воды))

Работа по подъёму камня равна:

A = F(подъёма)*h = V*(камня)*g*h*(p(камня) - p(воды)) = 0,6*10*5*(2500 - 1000) = 30*1500 = 45000 = 45 кДж

ответ: 45 кДж.

4)

Дано:

N = 10 кВт = 10000 Вт = 10^4 Вт

h = 18 м

t = 1 ч = 3600 с = 3,6*10^3 c

р(воды) = 1000 кг/м³ = 10^3 кг/м³

V - ?

N = A/t - мощность является отношением работы ко времени

А = Fт*h - работа по подъёму воды будет равна по модулю работе силы тяжести

Fт = mg = p(воды)*V*g =>

=> A = p(воды)*V*g*h =>

=> N = (p(воды)*V*g*h)/t => V = (N*t)/(p(воды)*g*h) = (10^4*3,6*10^3)/(10^3*10*18) = (3,6/18) * (10^7/10^4) = 0,2*10^3 = 200 м³

ответ: 200 м³.

При внесении ДИАМАГНЕТНОГО вещества в магнитное поле его атомы приобретают наведенные магнитные моменты.

При внесении ПАРАМАГНЕТИКА во внешнее магнитное поле происходит преимущественная ориентация собственных магнитных моментов атомов P(mi) по направлению поля, так что парамагнетик намагничивается.

Поместим кусок Ферромагнетика в постоянное внешнее магнитное поле H. Причем, внешнее поле небольшое, намного слабее, чем собственное поле внутреннее домена. Те домены, направление магнитного момента которых совпадает с внешним полем, при этом начнут расширяться, а все остальные – сужаться