Техническая механика Методика решения задач

Примеры решения задач

Задача 1. Частица массой m1, имеющая скорость V2, налетела на покоящийся шар массой m2 и отскочила от него со скоростью U1 под прямым углом к направлению первоначального движения. Какова скорость U2 шара после соударения? Считать удар центральным.

Используя закон сохранения импульса, получим

На рисунке покажем импульсы тел.


Модуль импульса шара найдём, используя теорему Пифагора:

,

отсюда

Ответ:


Задача 2. Шар массой M висит на нити длиной l. В шар попадает горизонтально летящая пуля и застревает в нём. С какой скоростью V0 должна лететь пуля, чтобы в результате попадания пули шар мог сделать на нити полный оборот в вертикальной плоскости? Размерами шара пренебречь. В верхней точке сила натяжения нити равна нулю. Масса пули m.

Обозначим: V - скорость шара с пулей сразу после неупругого соударения, U - скорость шара с пулей в верхней точке.

В проекциях на ось OX закон сохранения импульса имеет вид

mV0 = (m + M) V. (1)

Выберем нулевой уровень отсчёта потенциальной энергии, совпадающий с осью OX .

В нижнем положении шар с пулей обладает только кинетической энергией ; в верхней точке - кинетической  и потенциальной (m+M)gh энергиями, где h = 2R =2l.

Закон сохранения механической энергии запишем в виде

  . (2)

После преобразований

.  (2¢)

В верхней точке на шар с пулей действует сила тяжести, по условию задачи сила натяжения нити равна нулю. Используем II закон Ньютона:

  (3)

где

Из уравнения (1) выразим V0:

. (4)

Из уравнения (3)

 (5)

Подставив (5) в (2¢), получим

Найдем V0 , вернувшись к (4)

 

Ответ:

Задача 3. Какова работа силы трения за один оборот аэросаней, движущихся по вертикальной круговой дорожке? Скорость саней постоянна и равна V, масса саней m, коэффициент трения k.

На рисунке покажем все силы, действующие на сани в произвольной точке траектории, учитывая, что , т.к. V=const.

Полная работа силы трения

где 

Силу реакции опоры N выразим из уравнения второго закона Ньютона, записанного в проекциях на радиальную ось:

где , R - радиус окружности.

Элементарная работа силы трения

Работа силы трения

После интегрирования

Ответ: