Задачи › Вычисление сопротивлений, симметрия, бесконечные цепочки

Динамическая схема

  1. Динамическая схема

    Санкт-Петербургская 2016/17, 9 кл.
    6/10

    Схема составлена из прямых отрезков провода, сопротивление метра которого равно \(7\) Ом (см. рис.). Отрезок провода \(AB\) движется вдоль схемы из крайнего нижнего положения со скоростью \(v = 1\) м/с, постоянно замыкая её. Какое максимальное и минимальное значения будет принимать сопротивление между точками \(C\) и \(D\)? Найдите зависимость сопротивления между точками \(C\) и \(D\) от времени, постройте график. На рисунке показана масштабная сетка с шагом \(0{,}5\) м. Контакты в местах касания проводов идеальные.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Выберите начало координат посередине схемы: положение отрезка \(AB\) симметрично относительно этого положения, поэтому достаточно рассмотреть два случая.

    Ответ

    Максимальное сопротивление \(33\) Ом, минимальное \(31\) Ом. При \(t < 1\) с и \(t > 3\) с \(R = 31\) Ом; при \(1 \le t \le 3\) с \(R = 31 + 2\,(1 - (t-2)^2)\) Ом (график — в решении).

    Решение

    Удобнее всего выбрать начало координат для определения координаты отрезка \(AB\) посередине схемы (положение \(y = 0\)). Схема симметрична относительно положения \(y = 0\), поэтому сопротивление между точками \(C\) и \(D\) одинаково при смещении отрезка \(AB\) на одно значение \(y\) в положительную и отрицательную область. Достаточно рассмотреть два случая: при \(y < -1\) и при \(-1 \le y \le 1\). Обозначив удельное линейное сопротивление за \(\lambda = 7\) Ом/м, для первого случая \[R_o(y) = \lambda\,(y+2) + \lambda\cdot 1 + \lambda\,(1-(y+2)) + \lambda\cdot\frac{2\cdot 5}{7} + \lambda\cdot 1 = \lambda\left(3 + \frac{10}{7}\right) = 31~\text{Ом}.\] Для второго случая \[R_o(y) = \lambda\cdot 1 + \lambda\cdot\frac{(1+y)(6-y)}{7} + \lambda\cdot 1 + \lambda\cdot\frac{(1-y)(6+y)}{7} + \lambda\cdot 1 = \lambda\left(3 + \frac{10 + 2(1-y^2)}{7}\right) = 31 + 2\,(1-y^2)~\text{Ом}.\] Это парабола. Отрезок движется со скоростью \(1\) м/с из нижнего положения \(y = -2\), поэтому \(y = -2 + t\). Тогда при \(t < 1\) или \(t > 3\) сопротивление \(R_o = 31\) Ом, а при \(1 \le t \le 3\) сопротивление \(R_o = 31 + 2\,(1-(t-2)^2)\) Ом. Максимум \(33\) Ом достигается при \(t = 2\) с.

    Рисунок

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи