задачи по физике. Закон_сохранения. Сборник задач по физике. Грабцевич В. И. Импульс. Закон сохранения импульса
 Скачать 0.6 Mb.
|
|
14.4. Два одинаковых шара покоятся, касаясь друг друга (рис. 14.1). Третий такой же шар налетает на них, двигаясь по прямой, касающейся обоих шаров, со скоростью v. Найти скорости шаров после столкновения. Удар абсолютно упругий. [  ]1  4.5. Два гладких упругих шара из одного материала, радиусом r лежат, соприкасаясь друг с другом (рис. 14.2), на горизонтальной плоскости. Третий упругий шар радиусом 2r, скользящий со скоростью v по той же плоскости, ударяется одновременно в оба шара. Найти скорость большого шара после удара. [u = 25v/39]14.6. Частица, движущаяся в вакууме со скоростью v1 = 1000 м/с, налетает на покоящуюся частицу, масса которой в 3 раза больше массы первой частицы. Происходит упругое нецентральное соударение, после которого вторая частица начинает двигаться под углом 45о к первоначальному направлению движения первой частицы. Определить величины скоростей v1 и v2 обеих частиц после соударения. [  ]Неупругий удар. 15.1. Два одинаковых шара массой m каждый связаны прочной нитью. Доска массой M = 2m налетает со скоростью u = 1 м/с на эту систему и ударяет посередине нити. Найти скорость шаров при ударе о доску. Толщина доски и радиусы шаров малы по сравнению с длиной нити. [v = 0,78 м/с; составляющая скоростей шаров, сонаправленная со скоростью доски:  ; составляющая перпендикулярная доске  ]15.2. Две частицы массой m и 2m, имеющие импульсы p и p/2, движутся по взаимно перпендикулярным направлениям. После соударения частицы обмениваются импульсами. Определить потерю механической энергии при соударении. [  ]15.3. Минимальная энергия электрона, необходимая для ионизации атома водорода, равна Wo. Определить минимальные начальные скорости ионов водорода и гелия, необходимые для ионизации атома водорода. Ионизация происходит в результате полного неупругого удара: потерянная механическая энергия переходит в энергию ионизации. По сравнению с массами ионов водорода и гелия массой электрона можно пренебречь.[  ]15.4. Два тела массами m1 = 3,8 кг и m2 = 6 г прикреплены к невесомой нити, перекинутой через неподвижный блок. В начальный момент времени груз массы m2 находится на высоте h = 1 м над горизонтальной поверхностью и оба груза неподвижны. Затем грузы отпускают. Определить количество теплоты Q, выделившееся при неупругом ударом тела массой m2 о горизонтальную поверхность, если это тело сразу после удара останавливается. Блок невесом. [  ]15.5. Пластилиновые шарики имеют одинаковую массу m и взаимно перпендикулярные скорости v1 и v2, летящие в одной плоскости. В результате столкновения шарики слипаются и движутся как одно целое. Какое количество теплоты Q выделилось при столкновении, если m = 1 г, а скорости, соответственно равны 2 м/с и 4 м/с. [  ]15.6. Два одинаковых пластилиновых шара, движущихся с равными по величине скоростями, совершают неупругий удар, после которого слипаются в одно целое. Какой угол составляли друг с другом векторы скоростей шаров до удара, если при ударе = 1/2 начальной кинетической энергии шаров перешло в тепло? [  ]15.7. Шарик 1 массой m = 200 г движется равномерно со скоростью v1 = 10 м/с. Навстречу ему движется шарик 2 такой же массы со скоростью v2 = 8 м/с. После соударения шарик 1 стал двигаться перпендикулярно направлению его движения до соударения со скоростью v = 5 м/с. Какое количество тепла Q выделилось при соударении шариков? [  ]Комплексные задачи на энергию и импульс. 16.1. Пуля, летящая горизонтально со скоростью vo = 400 м/с, попадает в брусок, подвешенный на нити длиной l = 4 м, и застревает в нем. Определить угол , на который отклонится брусок, если масса пули m = 20 г, а масса бруска M = 5 кг. [  ]16.2. Тело массой M под действием пружин совершает колебания с амплитудой Ao на гладком горизонтальном столе. В тот момент, когда тело проходит положение равновесия, на него сверху падает и прилипает к нему кусок пластилина массой m. Чему будет равна амплитуда колебаний? [  ]16.3. Легкая пружина жесткости k и длины L стоит вертикально на столе и не прикреплена к нему. На пружину падает небольшой шарик массой m, имеющий начальную скорость равную нулю. Пружина упруго деформируется, и шарик подскакивает вертикально вверх (рис. 16.1). Максимальная скорость шарика при его движении оказалась равной vmax. На какую высоту поднимется центр тяжести пружины? [   ]16.4. Из духового ружья стреляют в спичечный коробок, лежащий на расстоянии l = 30 см от края стола. Пуля массой m = 1 г, летящая горизонтально со скоростью vo = 150 м/с, пробивает коробок и вылетает из него со скоростью vo/2. Масса коробка 50 г. При каких значениях коэффициента трения между коробком и столом коробок упадет со стола? [  ]16.5. Орудие, масса ствола которого M = 400 кг, стреляет в горизонтальном направлении. Масса снаряда m = 8 кг, его начальная скорость vo = 1000 м/с. При выстреле ствол откатывается на S = 50 см. определить среднее значение силы торможения, развивающейся в противооткатном устройстве орудия. [  ]16.6. Шарик массой m = 10 г прикреплен к неподвижным стенкам тремя пружинами, слева двумя параллельными пружинами с жесткостью k = 0,375 Н/м, справа – одной с жесткостью k1 = 0,25 Н/м. Шарик может двигаться только вдоль горизонтальной оси. Пружины невесомы и в положении равновесия не напряжены. Шарику сообщают скорость vo = 10 м/с. Найти амплитуду колебаний шарика. Силу тяжести шарика не учитывать. [  ]16.7. От удара копра массой m = 50 кг, падающего с высоты H = 5 м, свая массой M = 200 кг погружается в грунт на глубину l = 20 см. Определить силу сопротивления грунта, считая ее постоянной. Удар копра о сваю абсолютно упругий. [  ]16.8. На гладком столе покоится брусок массой M = 20 г, прикрепленный пружиной жесткости k = 50 Н/м к стене. В брусок ударяется шарик массой m = 10 г, движущийся по столу со скоростью vo = 30 м/с, направленной вдоль пружины. Считая соударение шарика и бруска упругим, найти амплитуду A колебаний бруска после удара. [  ]1  6.9. Космический корабль массой M = 12 т движется вокруг Луны по круговой орбите на высоте h = 100 км. Для перехода на орбиту прилунения на короткое время включается двигатель торможения. Скорость вылетающих из сопла ракеты газов u = 104 м/с. Радиус Луны RЛ = 1700 км, ускорение свободного падения у поверхности Луны gл = =1,7 м/с2. Какую массу топлива m необходимо израсходовать для того, чтобы при включении тормозного двигателя в точке A траектории корабль опустился на Луну в точке B (рис. 16.2). [ ]16.10. Два одинаковых маленьких шарика соединены невесомым жестким стержнем длиной l = 60 см. Стержень стоит вертикально вплотную в вертикальной плоскости. При смещении нижнего шарика вправо на малое расстояние система из шариков приходит в движение. Найти скорость нижнего шарика v в момент времени, когда верхний шарик находится на высоте h = 40 см над горизонтальной плоскостью. Считать, что при движении шарики не отрываются от плоскостей, трением пренебречь. [  ]16.11. Вдоль гладкой наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол = 0,01 рад, с начальной скоростью vo = 0,5 м/с, направленной вверх, пускают брусок, который через время = 2 c упруго ударяется о стенку, движущуюся вдоль наклонной плоскости вниз со скоростью u = 0,1 м/с. Через какое время t после удара о стенку брусок вернется в исходное положение? Трением бруска о наклонную плоскость пренебречь, принять sin = . [  ]16.12. Брусок массой m1 = 4 г соскальзывает без начальной скорости с высоты h = 10 м по наклонной плоскости. Другой брусок массой m2 = 2 г движется по этой плоскости от основания вверх с начальной скоростью vo = 10 м/с. Бруски начинают движение одновременно. На некоторой высоте бруски сталкиваются, после чего движутся как единое тело. Определить скорость v этого тела у основания наклонной плоскости. Трение брусков о плоскость не учитывать. [  ]16.13. Шар массой 4 кг, имевший скорость 5 м/с, сталкивается с покоящимся шаром такой же массы. После абсолютно неупругого удара шары движутся вместе с одинаковыми скоростями. Сколько теплоты выделилось при столкновении? [25] 16.14. Движущееся тело сталкивается с неподвижным телом, после чего они движутся вместе со скоростью, которая в 4 раза меньше скорости первоначально движущегося тела. Какая часть (в процентах) кинетической энергии движущегося тела перешла в тепло? [75] 16.15. Горизонтально летящая пуля попадает в неподвижный шар из пенопласта с массой в 5 раз большей, чем у пули, и пробивает его по диаметру. После вылета из шара скорость пули стала в 2 раза меньше первоначальной. Сколько процентов первоначальной энергии пули перешло при этом в тепло? [70] 16.16. Тележка массой 50 кг движется со скоростью 2 м/с по гладкой горизонтальной поверхности. На тележку с высоты 20 см падает груз массой 50 кг и остается на ней. Найдите количество выделившейся теплоты. [150] 16.17. Высунувшись из окна поезда, идущего со скоростью 72 км/ч, человек бросает вперед по ходу поезда камень массой 100 г. Какую работу совершил над камнем человек, если начальная скорость камня направлена горизонтально и равна 30 м/с относительно земли? [5] 16.18. Брусок массой 90 г лежит на гладком полу и соединен с вертикальной стенкой недеформированной пружиной. Ось пружины горизонтальна, жесткость пружины 4 кН/м. В бруске застревает пуля массой 10 г, скорость которой равна 100 м/с и параллельна оси пружины. Чему равна максимальная деформация пружины в (см)? [5] 16.19. Брусок массой 490 г лежит на горизонтальной плоскости и соединен с вертикальной стеной недеформированной пружиной. Ось пружины горизонтальна, жесткость пружины 180 Н/м. В бруске застревает пуля массой 10 г, скорость которой параллельна оси пружины, в результате чего пружина сжимается на 10 см. Чему равна начальная скорость пули? Коэффициент трения между бруском и телом 0,2. [100 м/с] 16.20. В шар массой 440 г, висящий на легком стержне длиной 40 см, попадает и застревает горизонтально летящая пуля массой 10 г. При какой минимальной скорости пули шар после этого совершит полный оборот в вертикальной плоскости? [180 м/с] 16.21. В шар массой 250 г, висящий на нити длиной 50 см, попадает и застревает в нем горизонтально летящая пуля массой 10 г. При какой минимальной скорости пули шар после этого сделает полный оборот в вертикальной плоскости? [130 м/с] 16.22. Небольшое тело массой 0,99 кг лежит на вершине гладкой полусферы радиусом 1 м. В тело попадает пуля массой 0,01 кг, летящая горизонтально со скоростью 200 м/с, и застревает в нем. Пренебрегая смещением тела за время удара, определите высоту (в см), на которой оно оторвется от поверхности полусферы. [80] 16.23. Два упругих шара с массами 200 г и 100 г подвешены рядом так, что их центры находятся на одном уровне. Первый шар отклоняют так, что он поднимается на высоту 18 см, и отпускают. На какую высоту поднимется каждый из шаров после удара? [2 см; 32 см] 16.24. Подъемный кран опускает контейнер массы т на медленно проезжающую со скоростью железнодорожную платформу. Трос сразу отцепляется. Контейнер скользит по платформе и останавливается, оставив след длины L. Определите коэффициент трения между ящиком и платформой, если трением качения можно пренебречь. Масса платформы М. [  ]16.25. Два одинаковых шара движутся со скоростями v и v вдоль одной прямой. Найдите их скорости u1 и u2 после упругого удара. [u1 = v2; u2 = v1] 16.26. Когда бильярдный шар налетает на другой такой же неподвижный шар, эти шары разлетаются всегда под одним и тем же углом, если удар был нецентральным. Каков этот угол? Столкновение бильярдных шаров можно считать упругим. [90o] 16.27. Два железнодорожных вагона с массами m1 и m2 медленно движутся в одну сторону со скоростями и . Вагоны сталкиваются, и пружины буферов расталкивают их так, что удар можно считать упругим. Какова максимальная энергия упругой деформации пружин? [  ]16.28. Шар массы m, движущийся со скоростью , налетел на покоящийся шар массы т/2 и после упругого удара изменил направление своего движения на угол 30°. С какими скоростями движутся шары после удара? [  ]16.29. Обезьяна качалась на длинной тонкой лиане, причем максимальный угол отклонения лианы от вертикали был равен . Когда обезьяна находилась в нижней точке траектории, лиана случайно зацепилась серединой за сук. Каким будет теперь максимальный угол отклонения лианы от вертикали, если < 60°? Что изменится, если 60° < < 90°? [  ]16.30. Санки съезжают с горы, длина основания которой 5 м, а высота 2 м, и проезжают до остановки еще 35 м по горизонтальной площадке. Найдите коэффициент трения, считая его одинаковым на всем пути. Переход склона горы в горизонтальную поверхность считайте плавным. [0,05] 16.31. Легкий теннисный мячик ударили ногой, и он полетел в направлении движения ноги. Какую скорость приобрел мячик, если скорость движения ноги при ударе 10 м/с? [20 м/с] 16.32. За счет чего увеличивается потенциальная энергия поднимающегося воздушного шара? 16.33. Камень массой 10 кг поднимают на высоту 10 м, прикладывая постоянную силу 200 Н. Какую работу А при этом совершают? Чему равно изменение потенциальной энергии? Как согласуются полученные ответы с законом сохранения энергии? [2 кДж; 0,98 кДж] 16.34. Санки массой 20 кг поднимают по гладкому склону на высоту 2,5 м, прикладывая силу 300 Н, направленную вдоль склона. Санки движутся с ускорением 3 м/с2. Какая работа А совершается при подъеме? Чему равно изменение потенциальной энергии санок? Чему равна кинетическая энергия санок на вершине горы? [612,5 Дж; 490 Дж; 122,5 Дж] |