VA_DOS: Магическая физика 10-го уровня
Во-первых, вызывает вопрос постановка задачи. Где условие задачи? На объекте были обнаружены данные:
https://img268.imageshack.us/img268/8881/imag0248b.jpgНо никак не условие задачи. Для того, чтобы ЭТО стало условием, к приведенным данным не хватает рисунка с физической моделью. Иначе только сходу по этим данным можно представить себе аж 3 класса задач с абсолютно разными методиками решениями:
1. Телу сообщается импульс в вертикальной плоскости вверх (выстрел вверх). Найти максимальную высоту, на которую взлетит тело. Fтр — сопротивление среды, g – имеет смысл.
2. Тело отпущено вниз с некой высоты. Найти высоту, если известен импульс тела в точке касания земли. Fтр — сопротивление среды, g – имеет смысл.
3. Телу сообщается импульс в горизонтальной плоскости. Найти пройденное телом расстояние. Зачем нам g, если нет угла к горизонту и известна Fтр?
Отсюда имеем вывод что задача вообще поставлена не была. И лишь кое-какие НАМЕКИ на принадлежность задачи к конкретному из предположенных типов появились аж в четвертой подсказке! Поскольку появляется слово «конькобежец», предполагаем принадлежность задачи к третьему из предположенных типов.
Начинаем решение:
Способ 1 (закон сохранения энергии):
Телу была сообщена энергия W = (m * V^2) / 2
И вся она была потрачена на работу по перемещению на расстояние S: A = Fтр * S
Отсюда: Fтр * S = (m * V^2) / 2
Из сообщенного телу импульса p = m * V получаем начальную скорость V = p /m
Делим обе части на Fтр и выполняем подстановку:
S = (m * p^2) / (m^2 * 2 * Fтр) = (p^2) / (2 * m * Fтр)
Для первого импульса: S = (50^2) / (2 * 70 * 0,01) = 1785,714 м
Способ 2 (закон сохранения импульса, равноускоренное движение):
Сообщенный телу импульс p погашается силой трения Fтр за время t: t = p / Fтр
Тело выполняет равноускоренное движение: S = Vo*t + (a * t^2) / 2
Где ускорение: a = (V^2 – Vo^2) / (2 * S)
Поскольку конечная скорость V = 0, то: a = – (Vo^2) / (2 * S)
Из сообщенного телу импульса p = m * Vo получаем начальную скорость Vo = p /m
Выполняем подстановку Vo, t и a в уравнение равноускоренного движения:
S = Vo*t + (a * t^2) / 2 = (p / m) * (p / Fтр) — ((p^2 / m^2) / (2 * S)) * (p^2 / Fтр^2) / 2
Получаем квадратное уравнение, домножив обе части на S:
S = (p^2) / (m * Fтр) — (p^2 * p^2) / (4 * m^2 * S * Fтр^2)
S^2 = S * (p^2) / (m * Fтр) – ((p^2) / (m * Fтр)) * ((p^2) / (4 * m * Fтр))
Замечаем общие слагаемые и для удобства выполняем замену: x = (p^2) / (m * Fтр)
Получаем квадратное уравнение:
S^2 – x * S + x * (x / 4) = 0
D = b^2 – 4 * a * c = x ^2 – 4 * 1 * x * (x / 4) = x^2 – x^2 = 0
Решение единственное: S = - b / 2 * a = x / 2 = (p^2) / (2 * m * Fтр)
Для первого импульса: S = (50^2) / (2 * 70 * 0,01) = 1785,714 м