Дано:
h = 5 м
S = 10 м
v₀ = 0
μ = 0.2
t - ?
v - ?
Силы, действующие на тело: сила трения, реакции опоры и тяжести.
Fтр, N, mg соответственно (направления сил на рисунке).
Запишем второй закон Ньютона для тела:
Fтр + N + mg = ma (сумма векторная, как на рисунке).
В проекции на ось X:
В проекции на ось Y:
Выразим mgx и mgy через mg и угол α:
mgx = mgsinα
mgy = mgcosα
Найдём sinα и cosα.
sinα = h / S = 5 / 10 = 0.5
Значит α = 30°
cosα = cos30° = √3 / 2 ≈ 0.866
По формуле, Fтр = μN, N = mgy = mgcosα => Fтр = μmgcosα
Перепишем проекцию на X с новым значением Fтр и найдём a:
mgsinα - μmgcosα = ma
gsinα - μgcosα = a
a = g(sinα - μcosα)
По формуле динамики, S = v₀t + at² / 2. v₀ = 0 по условию, => S = at²/2.
Отсюда t = √(2S / a) = √(2S / g(sinα - μcosα))
Опять по формуле динамики:
=> 
Конечные формулы:
≈ 2,5 с
≈ 8 м/с
a ≈ 66.058 м/с²
α ≈ 0,243°
Объяснение:
φ(t) = 7t + 0.8t² - угол поворота маховика
D = 0.35 м - диаметр маховика
v₁ = 3 м/с - скорость точки обода маховика в момент t₁
a - ? - ускорение точки обода в момент t₁
α₁ - ? - угол между вектором ускорения точки и радиусом
------------------------------------------------------------------
Закон изменения угловой скорости маховика
ω(t) = φ'(t) = 7 + 1.6t
Закон изменения углового ускорения маховика
ε(t) = ω'(t) = 1.6 (рад/с²)
Угловое ускорение постоянно, следовательно вращение равноускоренное
Радиус маховика
R = 0.5 D = 0.5 · 0.35 = 0.175 (м)
Cкорость точки маховика
v(t) = ω(t) · R = 0.175 ω(t)
По условию в момент времени t₁
0.175 · ω(t₁) = 3.4
Угловая скорость в момент времени t₁
ω(t₁) = 3.4 : 0.175 ≈ 19.43 (рад/с)
Центростремительное ускорение точки в момент времени t₁
= ω²(t₁) · R = 19.43² · 0.175 ≈ 66.057 (м/с²)
Касательное ускорение точки \
= ε · R = 1.6 · 0.175 = 0.28 (м/с²)
Модуль полного ускорения точки
Угол α между вектором полного ускорения точки и радиусом
