Задачи › Работа и мощность

Роботы-гребцы

  1. Роботы-гребцы

    Санкт-Петербургская 2022/23, 9 кл.
    6/10

    На экспериментальном корабле, разработанном в НИИ Мореплавания, испытывают новые образцы роботов-гребцов. Каждым веслом гребут по три одинаковых робота (как на рисунке ниже): один из них сидит на некотором расстоянии от уключины \(У\), другой — в два раза дальше, а последний — в три раза дальше, чем первый. Все они одновременно прикладывают к веслу одинаковый вектор силы. Через время \(t_1\) после начала эксперимента по одному роботу у каждого весла вышли из строя — у них сел аккумулятор. Оставшиеся роботы одинаково увеличили силу гребков, чтобы корабль продолжал двигаться с той же скоростью. Через некоторое время у каждого весла разрядился второй робот. Оставшиеся роботы снова увеличили силу гребков так, что скорость корабля не изменилась. Определите, через какое время после начала движения разрядятся все роботы. Считайте, что все вёсла одинаковые. У роботов одинаковые заряды аккумулятора. Частота взмахов и траектория движения вёсел в воде не меняется, корабль плывёт в стоячей воде.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Мощность каждого робота пропорциональна его удалению от уключины. Самый дальний робот разряжается первым, а суммарная мощность корабля остаётся постоянной.

    Ответ

    \(t = \dfrac{3t_1}{2}\) — через это время разрядятся все роботы.

    Решение

    Скорость корабля постоянна, значит, суммарная мощность роботов на каждом весле постоянна. Точка весла вращается вокруг уключины, поэтому скорости точек приложения сил относятся как расстояния до уключины, \(1 : 2 : 3\). Сила одинакова, значит, мощности роботов тоже относятся как \(1 : 2 : 3\): пусть мощность ближнего \(P\), тогда суммарная мощность \(6P\). Одинаковые аккумуляторы содержат энергию \(E_{\max} = 3Pt_1\), поэтому первым разрядится самый дальний робот (мощность \(3P\)) — в момент \(t_1\).

    Дальше ближние роботы увеличивают силу, и их мощности становятся \(2P_2\) и \(P_2\) при \(3P_2 = 6P\), то есть \(P_2 = 2P\). Второй разряд (робот с мощностью \(2P_2 = 4P\)) происходит через \[t_2 = \frac{E_{\max} - 2Pt_1}{2P_2} = \frac{t_1}{4}.\] Наконец, последний робот выдаёт \(6P\) и работает \[t_3 = \frac{E_{\max} - Pt_1 - P_2t_2}{6P} = \frac{t_1}{4}.\] Полное время \(t_1 + t_2 + t_3 = \dfrac{3t_1}{2}\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи