решить задачи на силы трения и упругости. 1. К бруску метала массой 500 г, находящемуся на гладкой горизонтальной поверхности, прикладывают горизонтальную силу F. На рисунке (приложенном) изображен график зависимости модуля силы трения от модуля приложенной силы. Чему равен коэффициент трения бруска о поверхность? Ускорение свободного падения считайте равным 10м/с². 2.По столу с пружины тянут брусок массой 2,1 кг , жесткость пружины 63 Н/м. Какое удлинение пружины, если коэффициент трения равен 0,6? Считайте, что ускорение свободного падения 10 м/с2. (ответ дайте в сантиметрах и округлите до целых) 3. По наклонной плоскости, изображенной на рисунке (второе фото), скользит брусок массой 0,4 кг. Чему равен модуль силы трения, если коэффициент трения между бруском и плоскостью равен 0,5. Ускорение свободного падения 10м/с2. (ответ в ньютонах)
Все ответы нужны с решением! Или аргументированны.
За одно колебание тело проходит путь L, равный четырём амплитудам x_max (L = 4*x_max). Этот путь оно проходит за время τ, равное периоду (τ = T). Колебательное движение - это движение, которое повторяется. Даже в рамках одного колебания тело, двигаясь сначала в одну сторону, потом - в другую, повторяет свои действия. Оно проходит один и тот же путь и затрачивает одно и то же время на преодоление расстояния в каждом из направлений (если пренебречь силами трения и сопротивления).
Тогда половина пути будет равна (S = L/2 = 2*x_max), а время, за которое тело проходит эту половину, равно половине периода (t = τ/2 = T/2). Средняя скорость находится через отношение всего пути к общему времени. Условиями задачи общий путь определён как S, а время - как t. Тогда:
υ_ср = S/t =>
=> υ_ср = 2*x_max/(T/2) = 4*x_max/T
T = 2π/ω => υ_cp = 4*x_max/(2π/ω) = 4*x_max*ω/(2π)
Скорость - это вторая производная координаты. Формула координаты тела, движение которого подчиняется гармоническому закону:
x(t) = x_max*cos(ω*t) - для случая, когда движение происходит из точки максимального отклонения от положения равновесия
x(t) = x_max*sin(ω*t) - для случая, когда движение происходит из положения равновесия
Допустим, за движением тела начали наблюдать, когда оно находилось в точке максимального отклонения от положения равновесия, тогда скорость тела будет изменяться по закону:
υ(t) = x'(t) = x_max*ω*(-sin(ω*t))
По аналогии с координатой, где х_max - амплитуда, т.е. модуль значения координаты, дальше которой тело не может двигаться при данных условиях, получаем для скорости следующее:
Что такое ветвь. Ветвь - это часть электрической цепи, по которой течет один и тотже ток. Вот в нашей (вашей) цепи через сопротивление ("квадратик") R₁, источник ЭДС E₁ и сопротивление R₆ протекает один и тот же ток. Этот ток выходит из точки 1, проходит через перечисленные элементы цепи, и входит в точку 2. Между точками 1 и 2 току деваться (течь, вытекать) некуда.
Вот это у нас будет одна ветвь. По такому же принципу, если рассмотреть всю схему, опредеяем, что у нас здесь 6 ветвей.
Ветви имеют два конца, которые подключаются к узлам цепи. Т.е. узел - это точка цепи, к которой подключены концы ветвей. А с точки зрения токов, узел - это место (точка) в которую сходятся токи разных ветвей. Рассмотрим узел, обозначенный на схеме числом 1: к нему подсоединены концы трех ветвей, значит в этом узле сходятся 3 разных тока.
Что такое замкнутый контур. Станем в т. 1. Начнем обходить элементы нашей цепи по-порядку. Вышли из т.1 (узла 1) проходим сопротивление R₁, дальше источник ЭДС E₁, дальше сопротивление R₆. Дошли до узла 3. Продолжаем движение "домой" (контур-то должен быть замкнутым) в узел 1: сопротивление R₅, сопротивление R₄, узел 1. Контур замкнули!
А можно было после узла 3 не "поворачивать" на R₅, а пойти по ветви R₇, затем по сопротивлению R₃, источнику ЭДС E₃, и вот так вернуться (замкнуть контур) в узел 1? Можно и так было! Для решения задач необходимо, чтобы контура были независимые! Что значит независимые? Это значит, что в любой из контуров, как бы мы их не обходили (не замыкали) должна входить только одна ветвь, которая не участвует в других контурах. Т.е. Независимые контура у нас здесь (например):
1-R₁-E₁-R₆-3-R₅-R₄-1 и 2-R₅-3-R₇-4-R₂-E₂-2 и 1-R₄-2-E₂-R₂-4-R₃-E₃-1
В первом контуре независимая ветвь 1-R₁-E₁-R₆-3;
во втором контуре независимая ветвь 3-R₇-4;
в третьем контуре независимая ветвь 4-R₃-E₃-1.
Для составления нужного количества уравнений необходимо найти все незвисимые контура. Количество независимых контуров k равно:
k=m-(p-1),
где p - количество узлов схемы
m - количество ветвей схемы.
Итак проверяем себя:
в нашей цепи узлов 4, ветвей 6, контуров 6-(4-1)=3.
Вопросы?
Дальше. Уравнения по правилам (или законам) Кирхгофа.
В таких задачах первое дело - нарисовать направление токов в ветвях, и выбрать направление обхода замкнутых контуров. Направление тока в ветвях выбираются произвольно, особенно когда в схеме больше одного источника ЭДС. Если не угадал с направление тока, то после решения системы уравнений этот ток "вылезет" со знаком "-". Ничего страшного.
Направление обхода контура ("по часовой стрелке" или против) выбирается также произвольно. Желательно для всех контуров это направление выбирать одним и тем же.
1. Рисуем направленем токов в ветвях, нумеруем их. Обходы всех контуров выбираем одинаково "по часовой" . Обращаем внимаение, что неизвестных токов у нас столько же, сколько и ветвей 6 (это естественно). Поэтому количество уравнения в системе должно быть не менее 6 (иначе не решить).
2. Составляем уравнения по первому правилу Кирхгофа (для токов в узлах схемы). "Алгебраическая сумма токов в узлах равна 0". Договоримся, что если ток втекает в узел, то он со знаком "+", если вытекает, то "-". Количество уравнений по первому закону Кирхгофа должно быть на единицу меньше, чем количество узлов. Итак для любых трех узлов:
I₄-I₁-I₃=0 для узла 1;
I₅+I₂-I₄=0 для узла 2;
I₇+I₁-I₅=0 для узла 3;
Получили 3 уравнения с 6 неизвестными. Нужно еще 3 уравнения, чтобы решить систему однозначно.
3. Составляем еще два уравнения, но теперь уже по второму правилу Кирхгофа: "Сумма падений напряжений на элементах замкнутого контура равна сумме напряжения источников ЭДС" Мы договорились, что обход совершаем "по часовой". Если направления тока (заданного нами) совпадает с направление обхода, то падение напряжения (I*R) берем со знаком "+", если направление обхода совпадает с полярностью источников ЭДС, то записываем их тоже со знаком"+":
I₁R₁+I₁R₆+I₅R₅+I₄R₄=E₁;
-I₅R₅-I₇R₇+I₂R₂=E₂;
-I₄R₄-I₂R₂-I₃R₃=-E₂-E₃;
Получили еще три уравнения. Решив систему из шести уравнений мы найдем все неизвестные токи в цепи. Опять-таки: если в результате мы получим величину тока со знаком "-" значит в начале решения мы "не угадали" со стрелочкой направления тока. В окончательной схеме (рисунке) надо это направление тока поменять на обратное.
Дано:
υ_max = 11 м/с
t = T/2
S = 2*x_max
υ_ср - ?
За одно колебание тело проходит путь L, равный четырём амплитудам x_max (L = 4*x_max). Этот путь оно проходит за время τ, равное периоду (τ = T). Колебательное движение - это движение, которое повторяется. Даже в рамках одного колебания тело, двигаясь сначала в одну сторону, потом - в другую, повторяет свои действия. Оно проходит один и тот же путь и затрачивает одно и то же время на преодоление расстояния в каждом из направлений (если пренебречь силами трения и сопротивления).
Тогда половина пути будет равна (S = L/2 = 2*x_max), а время, за которое тело проходит эту половину, равно половине периода (t = τ/2 = T/2). Средняя скорость находится через отношение всего пути к общему времени. Условиями задачи общий путь определён как S, а время - как t. Тогда:
υ_ср = S/t =>
=> υ_ср = 2*x_max/(T/2) = 4*x_max/T
T = 2π/ω => υ_cp = 4*x_max/(2π/ω) = 4*x_max*ω/(2π)
Скорость - это вторая производная координаты. Формула координаты тела, движение которого подчиняется гармоническому закону:
x(t) = x_max*cos(ω*t) - для случая, когда движение происходит из точки максимального отклонения от положения равновесия
x(t) = x_max*sin(ω*t) - для случая, когда движение происходит из положения равновесия
Допустим, за движением тела начали наблюдать, когда оно находилось в точке максимального отклонения от положения равновесия, тогда скорость тела будет изменяться по закону:
υ(t) = x'(t) = x_max*ω*(-sin(ω*t))
По аналогии с координатой, где х_max - амплитуда, т.е. модуль значения координаты, дальше которой тело не может двигаться при данных условиях, получаем для скорости следующее:
υ_max = x_max*ω - выразим циклическую частоту:
ω = υ_max/x_max, тогда:
υ_cp = 4*x_max*ω/(2π) = 4*x_max*(υ_max/x_max)/(2π) = 4*υ_max/(2π) = 2*υ_max/π = 2*11/3,14 = 7,00... = 7 м/с
ответ: 7 м/с.
Объяснение:
Давай попробуем разобраться.
Что такое ветвь. Ветвь - это часть электрической цепи, по которой течет один и тотже ток. Вот в нашей (вашей) цепи через сопротивление ("квадратик") R₁, источник ЭДС E₁ и сопротивление R₆ протекает один и тот же ток. Этот ток выходит из точки 1, проходит через перечисленные элементы цепи, и входит в точку 2. Между точками 1 и 2 току деваться (течь, вытекать) некуда.
Вот это у нас будет одна ветвь. По такому же принципу, если рассмотреть всю схему, опредеяем, что у нас здесь 6 ветвей.
Ветви имеют два конца, которые подключаются к узлам цепи. Т.е. узел - это точка цепи, к которой подключены концы ветвей. А с точки зрения токов, узел - это место (точка) в которую сходятся токи разных ветвей. Рассмотрим узел, обозначенный на схеме числом 1: к нему подсоединены концы трех ветвей, значит в этом узле сходятся 3 разных тока.
Что такое замкнутый контур. Станем в т. 1. Начнем обходить элементы нашей цепи по-порядку. Вышли из т.1 (узла 1) проходим сопротивление R₁, дальше источник ЭДС E₁, дальше сопротивление R₆. Дошли до узла 3. Продолжаем движение "домой" (контур-то должен быть замкнутым) в узел 1: сопротивление R₅, сопротивление R₄, узел 1. Контур замкнули!
А можно было после узла 3 не "поворачивать" на R₅, а пойти по ветви R₇, затем по сопротивлению R₃, источнику ЭДС E₃, и вот так вернуться (замкнуть контур) в узел 1? Можно и так было! Для решения задач необходимо, чтобы контура были независимые! Что значит независимые? Это значит, что в любой из контуров, как бы мы их не обходили (не замыкали) должна входить только одна ветвь, которая не участвует в других контурах. Т.е. Независимые контура у нас здесь (например):
1-R₁-E₁-R₆-3-R₅-R₄-1 и 2-R₅-3-R₇-4-R₂-E₂-2 и 1-R₄-2-E₂-R₂-4-R₃-E₃-1
В первом контуре независимая ветвь 1-R₁-E₁-R₆-3;
во втором контуре независимая ветвь 3-R₇-4;
в третьем контуре независимая ветвь 4-R₃-E₃-1.
Для составления нужного количества уравнений необходимо найти все незвисимые контура. Количество независимых контуров k равно:
k=m-(p-1),
где p - количество узлов схемы
m - количество ветвей схемы.
Итак проверяем себя:
в нашей цепи узлов 4, ветвей 6, контуров 6-(4-1)=3.
Вопросы?
Дальше. Уравнения по правилам (или законам) Кирхгофа.
В таких задачах первое дело - нарисовать направление токов в ветвях, и выбрать направление обхода замкнутых контуров. Направление тока в ветвях выбираются произвольно, особенно когда в схеме больше одного источника ЭДС. Если не угадал с направление тока, то после решения системы уравнений этот ток "вылезет" со знаком "-". Ничего страшного.
Направление обхода контура ("по часовой стрелке" или против) выбирается также произвольно. Желательно для всех контуров это направление выбирать одним и тем же.
1. Рисуем направленем токов в ветвях, нумеруем их. Обходы всех контуров выбираем одинаково "по часовой" . Обращаем внимаение, что неизвестных токов у нас столько же, сколько и ветвей 6 (это естественно). Поэтому количество уравнения в системе должно быть не менее 6 (иначе не решить).
2. Составляем уравнения по первому правилу Кирхгофа (для токов в узлах схемы). "Алгебраическая сумма токов в узлах равна 0". Договоримся, что если ток втекает в узел, то он со знаком "+", если вытекает, то "-". Количество уравнений по первому закону Кирхгофа должно быть на единицу меньше, чем количество узлов. Итак для любых трех узлов:
I₄-I₁-I₃=0 для узла 1;
I₅+I₂-I₄=0 для узла 2;
I₇+I₁-I₅=0 для узла 3;
Получили 3 уравнения с 6 неизвестными. Нужно еще 3 уравнения, чтобы решить систему однозначно.
3. Составляем еще два уравнения, но теперь уже по второму правилу Кирхгофа: "Сумма падений напряжений на элементах замкнутого контура равна сумме напряжения источников ЭДС" Мы договорились, что обход совершаем "по часовой". Если направления тока (заданного нами) совпадает с направление обхода, то падение напряжения (I*R) берем со знаком "+", если направление обхода совпадает с полярностью источников ЭДС, то записываем их тоже со знаком"+":
I₁R₁+I₁R₆+I₅R₅+I₄R₄=E₁;
-I₅R₅-I₇R₇+I₂R₂=E₂;
-I₄R₄-I₂R₂-I₃R₃=-E₂-E₃;
Получили еще три уравнения. Решив систему из шести уравнений мы найдем все неизвестные токи в цепи. Опять-таки: если в результате мы получим величину тока со знаком "-" значит в начале решения мы "не угадали" со стрелочкой направления тока. В окончательной схеме (рисунке) надо это направление тока поменять на обратное.