Задачи › Неравномерное движение, скорость как производная

Движение со связью x(v)

  1. Движение со связью x(v)

    Росатом 2017/18, 11 кл.
    6/10

    Точечное тело начинает движение из точки \(x = 0\) в положительном направлении оси \(x\). Известно, что координата тела \(x\) и его скорость в процессе движения связаны соотношением \(x = A v_x^2 + B\), где \(A = -2\) с\(^2\)/м, \(B = 2\) м. Вернется ли тело в точку \(x = 0\) и, если да, то через какое время после выхода из нее?

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Продифференцируйте соотношение по времени: получится связь между ускорением и скоростью. Какое ускорение получается в итоге?

    Ответ

    Да, вернется через \(\Delta t = 4\sqrt{B|A|} = 8\) с.

    Решение

    Начальную скорость найдем из соотношения, подставив \(x = 0\): \[v_{0,x} = \sqrt{-\frac{B}{A}}\] (знак «+» перед корнем, так как по условию тело начало движение в положительном направлении оси \(x\)). Продифференцируем соотношение по времени: \[\frac{dx}{dt} = 2Av_x\frac{dv_x}{dt} \quad\Rightarrow\quad v_x = 2Av_x a_x \quad\Rightarrow\quad a_x = \frac{1}{2A} = \text{const}.\] Проекция ускорения постоянна и отрицательна (так как \(A < 0\)). Поэтому тело движется равноускоренно сначала в положительном направлении оси \(x\) с торможением, а затем, разгоняясь, в отрицательном направлении. Тело обязательно попадет в точку \(x = 0\). Время движения до этой точки такое же, как у тела, брошенного вертикально вверх с начальной скоростью \(v_{0,x}\) и вернувшегося на землю: \[\Delta t = \frac{2v_{0,x}}{|a_x|} = 2\sqrt{-\frac{B}{A}}\cdot 2|A| = 4\sqrt{B|A|} = 8~\text{с}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи