С поверхности планеты радиуса R и массы M в горизонтальном направлении запускают снаряд, начальная скорость v_0 которого составляет 80 % от второй космической скорости для данной планеты. На какое максимальное расстояние r от центра планеты удалится снаряд, и какую наименьшую скорость он будет иметь во время полета? Атмосферы у планеты нет, ее вращение не учитывать. Гравитационная постоянная уже 5 час сижу и думаю(
Fa=F₁-F₂, где Fa - сила Архимеда, F₁=20Н вес тела в воздухе, а F₂ =18,75Н вес тела в воде
Fa=ρ₀Vg, где ρ₀ = 1000 кг/м³ - плотность воды, V- объем короны, g=9,8 м/с² -ускорение свободного падения
отсюда получаем объем короны V=Fa/(ρ₀g)
F₁= ρVg, где ρ - плотность сплава короны
ρ=F₁/(Vg)=F₁/(gFa/(ρ₀g))=F₁/(Fa/ρ₀)=ρ₀F₁/Fa=ρ₀F₁/(F₁-F₂)=
=1000 кг/м³*20H/(20H-18,75H)=16000кг/м³
теперь найдем, сколько в короне было золота, а сколько серебра
Пусть m₁ и m₂ - массы золота и серебра в короне, а V₁ и V₂- объемы золота и серебра в короне
ρ₁ = 20000кг/м³ - плотность золота
ρ₂ = 10000кг/м³ - плотность серебра
тогда m₁=ρ₁V₁ и m₂=ρ₂V₂
(m₁ + m₂)g=F₁ или (ρ₁V₁+ ρ₂V₂)g=F₁
V₁+V₂=V
итак получаем систему из двух уравнений
(ρ₁V₁+ ρ₂V₂)g=F₁
V₁+V₂=V
c двумя неизвестными-V₁ и V₂
V₂=V-V₁
(ρ₁V₁+ ρ₂(V-V₁))g=F₁
ρ₁V₁+ ρ₂V-ρ₂V₁=F₁/g
ρ₁V₁-ρ₂V₁=F₁/g-ρ₂V
V₁(ρ₁-ρ₂)=F₁/g-ρ₂V
V₁=(F₁/g-ρ₂V)/(ρ₁-ρ₂)=(F₁/g-ρ₂Fa/(ρ₀g))/(ρ₁-ρ₂)=(F₁-ρ₂Fa/ρ₀)/g(ρ₁-ρ₂)
m₁=ρ₁V₁=ρ₁(F₁-ρ₂Fa/ρ₀)/g(ρ₁-ρ₂)=ρ₁(F₁-ρ₂Fa/ρ₀)/g(ρ₁-ρ₂)=
=20000кг/м³*(20H-10000кг/м³* (20H-18,75H)/1000кг/м³)/9,8 м/с²*(20000кг/м³-10000кг/м³)=20000кг/м³*(20H-10* 1,25H)/9,8 м/с²*10000кг/м³=2*(20H-10* 1,25H)/9,8 м/с²=1,53 кг
m₂=m-m₁=F₁/g-m₁=20H/9,8 м/с²-1,53 кг=0,511 кг
ответ: плотность короны 16000кг/м³, масса золота в ней 1,53 кг, а масса серебра 0,511
Розв’язання:
І. Виконаємо пояснювальний рисунок:
На рисунку потрібно зобразити два тіла, масами m1 та m2, які розташовані на відстані r одне від одного. Тіла притягуються з силою всесвітнього тяжіння (рис 4.1). Причому, сили, які діють на тіла m1 та m2 однакові за величиною, але протилежні за напрямком. Оскільки розмірами тіл, за умовою, можна знехтувати, вважатимемо ці тіла точковими. Складемо табличку, у яку випишемо характеристики сил, які діють на тіла:
Назва сили
Точка прикладання
Напрямок
сила всесвітнього тяжіння
(F)
прикладена до центрів мас тіл
вздовж прямої, яка з’єднує ці тіла, прагне їх зблизити
ІІ. Записуємо скорочену умову задачі та її розв’язок.
Особливістю даних задач є те, що доводиться працювати з дуже великими або дуже малими числовими величинами. Тому, для зручності запису та обчислень, такі величини записують у вигляді добутку значущих цифр на десять у якомусь степені. Наприклад, значення m1=20 000 тон= 20 000 000 кг можна записати як добуток значущої цифри «2» на 10 000 000, тобто . Аналогічно, m2=60 000 тон= 60 000 000 кг, тоді . Крім величин, поданих в умові, у дано слід записати і величину гравітаційної сталої: .
Дано:
r = 10 м
F - ?
рис. 4.1
Для знаходження величини сили притягання тіл, скористаємось законом всесвітнього тяжіння:
(*)
Виконаємо перевірку розмірності:
Виконаємо підстановки числових значень: .
Щоб правильно виконати обчислення перегрупуємо множники:
Відповідь: F= 800 Н