Графическая часть. Нарисуем графики зависимости общей скорости шарика от времени и его траектории:
Рис. 1.1. График траектории шарика
Ответ: N=12
1.7.
Постановка задачи. Две абсолютно гладкие стальные плиты высотой 1,00 м помещены рядом и образуют щель шириной 4 см. В щель попадает горизонтально движущийся со скоростью 1,5 м/с стальной шарик диаметром 5 мм. Направление шарика перед попаданием в щель перпендикулярно щели. Сколько раз шарик ударится о стенки, пока не достигнет пола? Считать абсолютно упругим удар шарика о стенку и для каждого столкновения выполняется закон отражения. Построить график скорости движения шарика и траекторию движения шарика.
Дано:
h=1 м
=0.04 м
1.5 м/c
d=0.005 м
N=?
Математическая модель:
Поскольку тело падает по вертикальной оси, а по горизонтальной движется вперёд-назад, ударяясь о плиты, то можно представить модель в следующем виде:
В этой модели стоит разъяснить траекторию движения по оси x. Поскольку мы рассчитываем именно координату, а не путь, то вся «циклическая» часть к координате добавляться не будет, стоит учитывать лишь пролёт шарика от плиты до плиты.
Таким образом, означает время, затрачиваемое на перемещение шарика вперёд и назад (на расстояние .
Соответственно,
это целое количество таких перемещений.
даёт нам время, прошедшее с начала очередного «цикла». Поскольку нас волнует только «отклонение» от максимальной координаты , а зависимость расстояния от времени линейная (при этом отклонение от максимальной координаты симметрично по оси времени относительно середины отрезка времени : движение как влево, так и вправо по оси х будет увеличивать отклонение на одно и то же число) то для определения отклонения можно использовать формулу .
Рассмотрим другие значения в системе:
Получаем систему:
Эти зависимости нужны для построения траектории шарика и графика его скорости.
Общую скорость можно высчитать по формуле:
Из формулы y(t) можно вычислить время падения шарика:
Также это та точка времени, после которой рисование графиков не имеет смысла.
Количество ударов шарика о стены можно рассчитать по формуле:
(т.е. целое число количеств расстояний между стенками, укладывающееся в общем пройденном расстоянии).
Подставив значения, получим:
Достарыңызбен бөлісу: |