Винни-Пух и пробитый шарик
5/10Винни-Пух решил подняться на воздушном шарике за мёдом. В тот момент, когда Пух завис на шарике около дупла с пчёлами и уже приготовился доставать мёд, Пятачок выстрелил по пчёлам и пробил воздушный шарик. В результате Винни-Пух начал спускаться с ускорением, которое линейно возрастало с течением времени — от \(g/2\) в начальный момент времени до \(g\) в момент падения Пуха на землю (\(g\) — ускорение свободного падения). С какой скоростью упал Винни-Пух на землю, если он падал в течение \(\Delta t = 2\) с? \(g = 10\) м/с\(^2\).
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаУскорение растёт линейно, значит, скорость — квадратичная функция времени; сравните с равноускоренным движением.
Ответ\(v = \dfrac{3}{4}\,g\,\Delta t = 15\) м/с.
РешениеУскорение Винни-Пуха линейно зависит от времени: \[a(t) = \frac{g}{2} + kt ,\] где \(k\) — такое число, чтобы при \(t = \Delta t\) ускорение равнялось \(g\). Поэтому \(k = \dfrac{g}{2\,\Delta t}\), и \[a(t) = \frac{g}{2} + \frac{g\,t}{2\,\Delta t}.\] Поскольку ускорение меняется, нельзя напрямую использовать формулы равноускоренного движения, но можно провести аналогию. При равноускоренном движении скорость — линейная функция времени, а при линейной зависимости ускорения от времени скорость — квадратичная функция времени, обращающаяся в ноль при \(t = 0\) (в начальный момент Пух покоился): \[v(t) = \int_0^t a(t')\,dt' = \frac{g\,t}{2} + \frac{g\,t^2}{4\,\Delta t}.\] В момент падения \(t = \Delta t\) скорость равна \[v = \frac{3}{4}\,g\,\Delta t = 15~\text{м/с}.\]
Похожие задачи
- Спортсмен с убывающей скоростью Курчатов 2015/16, 7 кл.
- Средняя скорость как график МОШ 2017/18, 9 кл.
- Красная Шапочка ускоряет шаг Курчатов 2019/20, 9 кл.
- Скорость обратно пропорциональна координате Росатом 2019/20, 9 кл.
- Рулон газетной бумаги Росатом 2022/23, 9 кл.
- Навигатор и средняя скорость Санкт-Петербургская 2022/23, 8 кл.