Задачи по физике на тему «механика» с решением

Елена Андреенкова

Все движущиеся тела подчиняются законам механики. Не составляет исключение параллельное взаимодействие с другими телами, а также изменение их положения во времени и пространстве. 

Что такое механика, какие области охватывает

Механика — раздел физики, изучающий движение материальных тел, их равновесие и взаимодействие с соседними телами.

Существует теоретическая сторона, которая затрагивает общие закономерности движения, включая планеты солнечной системы, а также характеристики полета, и дисциплины, изучающие частные моменты работы двигателей, механизмов, машин и их внутренних частей.

Исходя из этого, сформулировать предмет механики можно следующим образом:

  • теоретическая сторона;
  • механика сплошных сред;
  • специальные разделы, такие как: механизмы и машины, гидравлические процессы, механика почв и т.п.

Почему возникла необходимость дифференциации на разделы? В ее основе лежат свойства времени, материи и нахождения в пространстве. Опираясь на такие характеристики, механика подразделяется на виды:

  • классическую;
  • релятивистскую;
  • квантовую.

Изучая механические системы с учетом их степеней свобод, проводится обобщение импульсов и, при необходимости, наложение их на систему координат. Сама механическая система может являться замкнутой (изолированной от окружающих факторов) и незамкнутой (открытой). Вторая классификация оценивает характеристику во времени: статические и динамические. К динамическим системам, к примеру, относят математический, физический и крутильный маятники, твердое тело, неголономную систему, сплошную среду и др.

Общий курс школьной программы включает такие разделы, как механика, динамика, статика, кинематика. Решаются задачи в этих ключах, а также на законы сохранения.

Примеры решения задач по теоретической механике

Задача 1. Путь автомобиля (S) условно разделен на три части: первую, вторую и третью. Какой будет средняя скорость его движения на первой части (V1), если средняя скорость (V) равна 37,5 км/ч, а скорость на второй и третьей частях пути (V2) была равна 50 км/ч?

Решение:

Обозначим время, затраченное на первой трети пути t1, на оставшихся двух третях — t2.Тогда:

t1+t2=S÷3V1+2S÷3V2

t1+t2=S÷V

V1=VV2÷(3V22V)=25 км/ч

Задача 2. Моторная лодка за 3 часа переплывает по реке из точки А в точку Б. На возвращение она тратит 5 часов. Зная, что скорость движения лодки одинаково туда и обратно, определите, сколько времени займет движение из точки А в точку Б у плота.

Если скорость теплохода V1, а течения — V2, то время, затраченное на весь путь от А до Б, составляет:

t1=S÷(V1+V2).

Путь от Б до А лодка прошла за:

t2=S÷(V1V2).

Выразим S через t и V, приравняв математические выражения пути через эти категории:

 t1(V1+V2)=t2(V1V2)

Применив стандартные действия сложения, получаем: 

V1=4V2

В итоге отмечаем, что лодка без учета скорости течения пройдет путь за 4 часа. Ее скорость, когда она плывет против течения, в 3 раза превышает скорость реки.

Ответ: плот сможет преодолеть расстояние от А до Б за 15 часов.

Задача 3. Мужчина едет в поезде со скоростью 80 км/ч. Навстречу идет товарный поезд со скоростью 40 км/ч. Длина встречного состава — 1 км. На протяжение какого времени мужчина будет наблюдать из окна за движущимся встречным поездом?

Решение задачи можно провести двумя методами.

Метод 1. Если относительно Земли мужчина находился в точке с координатой Х=О, то окончание товарного поезда было от него удалено на 1 км (Хт=1км). Координата первой точки Х находится на расстоянии, определяемом по формуле V1t, второй — ХтV2t.

Когда хвост встречного поезда был на уровне мужчины-пассажира, Х1=Х2 или V1t=XтtV2t.

Отсюда t=XT÷(V1+V2)

Метод 2. Если рассматривать положение мужчины относительно товарного поезда, его скорость будет равна V0=V1+V2. Учитывая, что длина поезда 1000 м, мимо мужчины будут следовать его вагоны в течение времени:

t=l÷(V1+V2)

Подставив значение, получаем, что t=20 сек.

Задача 4. Тело подвесили на полуметровой нити. Она невесома и нерастяжима. Требуется определить минимальную скорость в горизонтальном направлении, которую надо сообщить телу, чтобы оно совершило полный оборот по вертикальной плоскости.

Алгоритм решения следующий. Согласно закону сохранения энергии для тела, переходящего из нижнего положения в верхнее, характерно:

MV02÷2=mg+2L+MV2÷2  (L — длина нити). 

Когда тело находится вверху, на него воздействуют силы тяжести и натяжения нити. Они суммарно передают ему центростремительное ускорение, которое направлено вниз — в направлении точки подвеса: 

Mац=Mg+T

По условию задачи тело должно достичь верхней точки, следовательно, Т=0. Поэтому:

MV2÷l=Mg, откуда V2=gl.

Подставляем выражения друг в друга и получаем:

MV02÷2=2Mgl+Mgl÷2

V0²=g4l+gl=5gl

V0=(5100,5)=5 (м/с)

Примечание. При условии расположения тела на жестком стержне, вверху скорость тела будет равна 0. При этом
MV02÷2=Mg2l, отсюда

V02=4gl

V0=(4gl)=2(gl)

Подставив значения, получаем ответ задачи.

V0=2(100,5)=4,47(м/с)

Задача 5. При катании на роликах два человека взялись за разные концы одной веревки. При движении один из них получает ускорение. Каково ускорение второго катающегося, если он весит в 1,5 раза меньше? Силу трения между землей и поверхностью роликов в расчет не брать.

По материалам задачи понятно, что на катающихся действуют три силы:

  • сила тяжести, измеряемая формулами m1g и m2g;
  • реакция опоры N1 и N2;
  • натяжение веревки между ними: T1 и T2.

Кроме того, катающиеся перекладывают друг на друга собственные силы, которые согласно третьему закону Ньютона равны по значениям, т.е. T1=T2=T. Направления этих сил указаны на рисунке.

Задача
 

Катающиеся получают ускорение, охарактеризовать которое можно по второму закону Ньютона. Поскольку между ними отсутствует жесткое соединение, эти значения могут отличаться.

Примечание. В объяснении к задаче следует учесть, что силу, с которой катающийся тянет веревку, не учитываем, поскольку задача направлена на анализ обратно направленной силы.

Решение:

По второму закону Ньютона, для каждого тела характерно:

m1g+N1+T1=m1a

m2g+N2+T2=m2a

Проведя проекции на ось Y, получается:

m1g-N1=0

m2g-N2=0

При проекции на ось Х:

T1=m1a1

 -T2=-m2a

Если T1=T2=T, m1=1,5m2 (по условию задачи), то

T=1,5m2a1

T=m2a2

Проводя математические действия, выводим конечную формулу: a2=1,5a1

Ответ задачи: ускорение одного из катающихся в 1,5 раз больше, чем другого.

Задача 6. Обосновать расчетами, отличается ли сила тяжести, направленная на 2 литра воды от нее же, направленной на 2 литра ртути.

Формула силы тяжести: F=mg

Найти массу по формуле: m=ρV,

где ρ-плотность вещества, а V — его объем.

Выводим итоговую формулу и, зная плотность и объем обоих веществ, подставляем значения:

F1=ρ1V1g

F2=ρ2V2g

Тогда F1÷F2=ρ1V1g÷ρ2V2g

Отсюда F1÷F2=ρ1V1÷ρ2V2

Находим табличные данные: ρ1=1000 кг/м3; ρ2=13540 кг/м3

Таким образом F1÷F2=0,07

Задача 7. Нужно определить показания механического динамометра, когда к нему будет подвешена гиря массой 0,8 кг. Каков в таком случае ее вес?

Весом называется сила, действующая на опору или нить, на которой висит предмет.

Поэтому: P=F=mg

Считая g=10 м/c2, проводим вычисления:

P=F=0,8*10=8 Н

Задача 8. Зная, что возле поверхности Земли g=9,81м/с2, необходимо определить величину ускорения на высоте 3Rz.

Формула ускорения свободного падения, с учетом Закона всемирного тяготения, выглядит так:

g=GM÷R2

R — расстояние от тела до центра Земли.

Зная, что R=Rz, корректируем формулу:

g=GM÷Rz2

G=6,67*1011H*мкг-2

Поскольку R=3Rz

g=GM÷Rz2

g2=GM÷(3Rz)2

g2÷g=GM÷(3Rz)2÷(GM÷R2z)=1/9

g2=g÷9=1,09 м/c2

Быстро и грамотно решить задачи на тему «Механика» помогут на сайте Феникс.Хелп. Обращайтесь, если катастрофически не хватает времени или вы не уверены в правильности собственных рассуждений. За решениями задержки не будет — здесь знают свое дело!

Заметили ошибку? Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»

Бесплатно отвечаем на ваши вопросы. Задайте свой вопрос и получите ответ от профессионального преподавателя. Выберите лучший ответ.

Вопросы могут задавать только авторизованные пользователи. Войти