Задачи › Неконсервативные системы, работа трения

Тело у упругой стенки на наклонной плоскости

  1. Тело у упругой стенки на наклонной плоскости

    Росатом 2019/20, 11 кл.
    3/10

    На наклонной плоскости с углом наклона \(\alpha\) находится маленькое тело. На расстоянии \(l\) от тела находится упругая стенка. Коэффициент трения между телом и плоскостью \(k\) (\(k = \tfrac{1}{2}\operatorname{tg}\alpha\)). Тело отпускают. Оно скользит по плоскости вниз, отражается от стенки, поднимется, снова движется в направлении стенки, снова отражается и т.д. Какой путь пройдёт тело к моменту его полной остановки? Столкновения тела со стенкой упругие.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Работа силы тяжести при всех подъёмах и спусках определяется только высотой, на которую тело опустилось в итоге. Примените теорему об изменении кинетической энергии.

    Ответ

    \(S = 2l\).

    Решение

    Поскольку \(k < \operatorname{tg}\alpha\), тело будет скользить по плоскости и окончательно остановится только около стенки. При этом, несмотря на подъёмы и спуски по плоскости, работа силы тяжести будет равна убыли потенциальной энергии тела, т.е. \(A_m = mgl\sin\alpha\). Из теоремы об изменении кинетической энергии заключаем, что эта работа равна минус работе силы трения, которая определяется пройденным телом путём: \(A_{тр} = -F_{тр}S = -kmg\cos\alpha\,S\). Отсюда заключаем, что пройденный телом путь есть \[S = \frac{1}{k}\,l\,\operatorname{tg}\alpha = 2l.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи