Сначала абстрагируемся от движения блока. Представим, что он неподвижен. Нить будем считать невесомой. В каком случае будет происходить движение грузов, если не действовать на них? В том случае, если один из грузов будет тяжелее. Этим грузом должен быть второй. Почему - объясняется чуть ниже.
Первый груз будет двигаться с ускорением вверх, а второй - с тем же ускорением вниз. Ускорения будут одинаковы, потому что нить по условию является нерастяжимой. Следовательно, скорости грузов по модулю тоже будут одинаковы (т.к. грузы будут перемещаться на одно и то же расстояние с одним и тем же ускорением за одно и то же время).
Теперь наложим на движение грузов движение блока и будем рассматривать эту систему относительно земной поверхности (неподвижной системы отсчёта). Вертикальную ось направим вверх, как говорится в условии задачи. Какими будут скорости грузов? Скорость V₁ (абсолютная скорость) будет геометрически складываться из скорости υ груза относительно блока (относительная скорость) и скорости u самого блока (переносная скорость). Точно также будет складываться и абсолютная скорость V₂ (скорость υ второго груза направлена против оси Y, поэтому перед ней будет стоять знак минуса):
V₁ = υ + u
V₂ = (-υ) + u = u - υ
Теперь о том, почему именно второй груз тяжелее первого. В условиях сказано, что скорость первого в 2 раза больше. Говорят про абсолютную скорость. Она может быть больше только в том случае, если относительная и переносная скорости направлены в одну и ту же сторону. Ну а раз так, то выходит, что первый груз должен "догонять" блок, а не "отставать" от него. А это может быть только в том случае, если первый груз будет легче, чем второй.
Известно, что V₁ по величине (другими словами - по модулю) в 2 раза больше V₂:
|V₁| = 2*|V₂|
То есть:
|V₁| = |υ + u| => V₁ = υ + u
|V₂| = |u - υ| => V₂ = u - υ или V₂ = -(u - υ) = υ - u =>
υ + u = 2*(u - υ)
или
υ + u = 2*(υ - u)
Мы раскрыли модуль выражения каждой из абсолютных скоростей и получили два варианта значения проекции V₂. Это математический путь решения, и без него нам не обойтись. Однако с самого начала мы могли понять, что V₂ имеет два значения, всего лишь представив движение рассматриваемой системы. Попробуем:
Очевидно, что существует случай, когда скорость V₂ направлена вверх, и случай, когда она направлена вниз.
ВВЕРХ. В самом начале движения блока груз 2 начнёт ускоряться, но его относительная скорость υ будет мала по сравнению с переносной скоростью блока u, поэтому абсолютная скорость V₂ окажется направленной вверх.
ВНИЗ. Но сила тяжести, действующая на груз 2, постоянна, и груз будет набирать всё большую скорость υ. Представим, что нить является очень длинной. И, как уже было сказано, невесомой. Тогда через какое-то время после начала движения блока груз 2 (а значит, и груз 1) будет обладать такой относительной скоростью υ, которая по значению будет превышать скорость блока u. Абсолютная скорость V₂ будет направлена против оси Y, вниз.
Получается, что ответов - два. Решим эти два уравнения, найдя υ:
υ + u = 2*(u - υ)
υ + u = 2*(υ - u)
------------------------
υ + u = 2*(u - υ)
υ + u = 2u - 2υ
3υ = u
υ = u/3 = 1,5/3 = 0,5 м/с
V₂ = u - υ = 1,5 - 0,5 = 1 м/с
υ + u = 2*(υ - u)
υ + u = 2υ -2u
-υ = -3u | * (-1)
υ = 3u = 3*1,5 = 4,5 м/с
V₂ = u - υ = 1,5 - 4,5 = -3 м/с
Всё сходится. В начале относительная скорость небольшая (0,5 м/с), и поэтому V₂ направлена вверх и имеет одинаковый знак с V₁ и u. Потом сила тяжести разгоняет второй груз так, что относительная скорость становится больше, чем переносная (4,5 м/с > 1,5 м/с), поэтому V₂ направлена вниз, против оси Y, проекция имеет знак минуса.
Тут без чертежа никак: рисуем наклонную плоскость, на ней тело и расставляем силы: сила тяги вдоль наклонной плоскости вверх, сила трения вдоль плоскости, но вниз, сила тяжести приложена к центру масс тела и направлена ВЕРТИКАЛЬНО вниз, сила реакции опоры приложена к центру масс тела но ВДОЛЬ ПЕРПЕНДИКУЛЯРА К НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ. ось ОХ направляем вдоль наклонной плоскости вверх, ось ОУ вдоль вектора силы реакции опоры вверх, угол α=30 угол у основания наклонной плоскости. Теперь нам надо записать 2 закон Ньютона в векторном виде: → → → → → → Fтяг+Fтр+mg+N=ma, теперь нам надо найти проекции этих сил на координатные оси ОХ: Fтяг-Fтр - mg sinα=ma (сила трения имеет отрицательную проекцию, тк. она направлена "против" оси ОХ, mg отрицательна т.к. идем от начала проекции к концу против направления оси, а если опустить перпендикуляр из конца вектора на ОХ то получим, что угол 30 будет лежать напротив проекции, т.е сам вектор при этом будет равен mg sinα) Теперь аналогично находим проекции всех векторов на ОУ: 0+0-mg cosα+N=0 отсюда находим, что N=mg cosα, вспоминаем, что Fтр=μN=μ mg cosα, осталось все собрать в кучу, получаем: Fтяг- μ mg cosα - mg sinα=ma отсюда a=(Fтяг -μ mg cosα -mg sinα)/m=(7000-0,1*1000*10*√3/2 - 1000*10*1/2)/1000=(6150-5000)/1000=1150/1000=1,15 м/с.кв.
Дано:
u = 1,5 м/с
|V₁| = 2*|V₂|
V₂ - ?
Сначала абстрагируемся от движения блока. Представим, что он неподвижен. Нить будем считать невесомой. В каком случае будет происходить движение грузов, если не действовать на них? В том случае, если один из грузов будет тяжелее. Этим грузом должен быть второй. Почему - объясняется чуть ниже.
Первый груз будет двигаться с ускорением вверх, а второй - с тем же ускорением вниз. Ускорения будут одинаковы, потому что нить по условию является нерастяжимой. Следовательно, скорости грузов по модулю тоже будут одинаковы (т.к. грузы будут перемещаться на одно и то же расстояние с одним и тем же ускорением за одно и то же время).
Теперь наложим на движение грузов движение блока и будем рассматривать эту систему относительно земной поверхности (неподвижной системы отсчёта). Вертикальную ось направим вверх, как говорится в условии задачи. Какими будут скорости грузов? Скорость V₁ (абсолютная скорость) будет геометрически складываться из скорости υ груза относительно блока (относительная скорость) и скорости u самого блока (переносная скорость). Точно также будет складываться и абсолютная скорость V₂ (скорость υ второго груза направлена против оси Y, поэтому перед ней будет стоять знак минуса):
V₁ = υ + u
V₂ = (-υ) + u = u - υ
Теперь о том, почему именно второй груз тяжелее первого. В условиях сказано, что скорость первого в 2 раза больше. Говорят про абсолютную скорость. Она может быть больше только в том случае, если относительная и переносная скорости направлены в одну и ту же сторону. Ну а раз так, то выходит, что первый груз должен "догонять" блок, а не "отставать" от него. А это может быть только в том случае, если первый груз будет легче, чем второй.
Известно, что V₁ по величине (другими словами - по модулю) в 2 раза больше V₂:
|V₁| = 2*|V₂|
То есть:
|V₁| = |υ + u| => V₁ = υ + u
|V₂| = |u - υ| => V₂ = u - υ или V₂ = -(u - υ) = υ - u =>
υ + u = 2*(u - υ)
или
υ + u = 2*(υ - u)
Мы раскрыли модуль выражения каждой из абсолютных скоростей и получили два варианта значения проекции V₂. Это математический путь решения, и без него нам не обойтись. Однако с самого начала мы могли понять, что V₂ имеет два значения, всего лишь представив движение рассматриваемой системы. Попробуем:
Очевидно, что существует случай, когда скорость V₂ направлена вверх, и случай, когда она направлена вниз.
ВВЕРХ. В самом начале движения блока груз 2 начнёт ускоряться, но его относительная скорость υ будет мала по сравнению с переносной скоростью блока u, поэтому абсолютная скорость V₂ окажется направленной вверх.
ВНИЗ. Но сила тяжести, действующая на груз 2, постоянна, и груз будет набирать всё большую скорость υ. Представим, что нить является очень длинной. И, как уже было сказано, невесомой. Тогда через какое-то время после начала движения блока груз 2 (а значит, и груз 1) будет обладать такой относительной скоростью υ, которая по значению будет превышать скорость блока u. Абсолютная скорость V₂ будет направлена против оси Y, вниз.
Получается, что ответов - два. Решим эти два уравнения, найдя υ:
υ + u = 2*(u - υ)
υ + u = 2*(υ - u)
------------------------
υ + u = 2*(u - υ)
υ + u = 2u - 2υ
3υ = u
υ = u/3 = 1,5/3 = 0,5 м/с
V₂ = u - υ = 1,5 - 0,5 = 1 м/с
υ + u = 2*(υ - u)
υ + u = 2υ -2u
-υ = -3u | * (-1)
υ = 3u = 3*1,5 = 4,5 м/с
V₂ = u - υ = 1,5 - 4,5 = -3 м/с
Всё сходится. В начале относительная скорость небольшая (0,5 м/с), и поэтому V₂ направлена вверх и имеет одинаковый знак с V₁ и u. Потом сила тяжести разгоняет второй груз так, что относительная скорость становится больше, чем переносная (4,5 м/с > 1,5 м/с), поэтому V₂ направлена вниз, против оси Y, проекция имеет знак минуса.
ответ: 1 м/с, -3 м/с.
Теперь нам надо записать 2 закон Ньютона в векторном виде: →
→ → → → →
Fтяг+Fтр+mg+N=ma, теперь нам надо найти проекции этих сил на координатные оси ОХ: Fтяг-Fтр - mg sinα=ma (сила трения имеет отрицательную проекцию, тк. она направлена "против" оси ОХ, mg отрицательна т.к. идем от начала проекции к концу против направления оси, а если опустить перпендикуляр из конца вектора на ОХ то получим, что угол 30 будет лежать напротив проекции, т.е сам вектор при этом будет равен mg sinα)
Теперь аналогично находим проекции всех векторов на ОУ: 0+0-mg cosα+N=0 отсюда находим, что N=mg cosα, вспоминаем, что Fтр=μN=μ mg cosα, осталось все собрать в кучу, получаем: Fтяг- μ mg cosα - mg sinα=ma отсюда a=(Fтяг -μ mg cosα -mg sinα)/m=(7000-0,1*1000*10*√3/2 - 1000*10*1/2)/1000=(6150-5000)/1000=1150/1000=1,15 м/с.кв.