Савченко · Глава 1. Кинематика · § 1.2. Движение с переменной скоростью

Савченко, задача 1.2.6

Задача 1.2.6полукруглый график
Условие

График зависимости скорости тела от времени имеет вид полуокружности. Максимальная скорость тела \(v_0\), время движения \(t_0\). Определите путь, пройденный телом.

▶Посмотреть решениеСкрыть решение
Решение
Идея Путь — площадь под графиком. Сравним «полуокружность» с описанным вокруг неё прямоугольником \(v_0 \times t_0\): доля площади известна — \(\pi/4\).
t v v0 t0 L
Площадь «полукруга» составляет \(\pi/4\) от площади описанного прямоугольника.

Небольшая тонкость: по осям отложены разные величины (скорость и время), поэтому «полуокружность» на графике — на самом деле половина эллипса с полуосями \(t_0/2\) (по горизонтали) и \(v_0\) (по вертикали). Но отношение площадей от растяжения осей не меняется: полукруг занимает \[ \frac{\text{площадь полукруга}}{\text{площадь прямоугольника}} = \frac{\pi R^2/2}{2R\cdot R} = \frac{\pi}{4} \] описанного прямоугольника — и половина эллипса занимает ту же долю прямоугольника \(v_0 t_0\).

Значит, путь \[ L = \frac{\pi}{4}\,v_0\,t_0 \approx 0{,}785\,v_0 t_0. \]

Проверка. Ответ больше \(v_0t_0/2\) (треугольный график «разгон–торможение») и меньше \(v_0t_0\) (равномерное движение) — так и должно быть: полукруг «полнее» треугольника, но не дотягивает до прямоугольника.
Ответ \( L = \dfrac{\pi}{4}\,v_0 t_0 \).
Следующая задача 1.2.7 →