Zadanie Zadanie 4.2.12: Maksymalna wysokość wzniesienia ciała na gładkiej rampie pochyłej
- Punkty
- 3 pkt
- Dział
- Ruch i siły · Zasady dynamiki Newtona
- Trudność
- Poziom trudności: średnie
Na zawodach curlingowych metalowy krążek o masie zostaje pchnięty od podstawy gładkiej rampy lodowej o kącie nachylenia do poziomu. W chwili rozpoczęcia ruchu na dole pochylni krążkowi nadano prędkość początkową skierowaną w górę rampy.
W obliczeniach pomiń wszelkie opory ruchu. Przyjmij przyspieszenie ziemskie oraz wykonaj obliczenia także dla .
Polecenia:
a) Wyznacz opóźnienie krążka podczas ruchu w górę rampy oraz oblicz czas , po którym krążek na ułamek sekundy zatrzyma się w najwyższym punkcie.
b) Wyprowadź wzory i oblicz długość drogi przebytej przez krążek wzdłuż rampy oraz maksymalną wysokość pionową , na jaką wzniesie się krążek.
c) Wyjaśnij na gruncie praw mechaniki, dlaczego maksymalna wysokość wzniesienia nie zależy od kąta nachylenia rampy .
Treść zadania
Krążek używany w curlingu, o masie , startuje od podstawy gładkiej rampy lodowej nachylonej do poziomu pod kątem . Nadano mu początkową prędkość skierowaną w górę pochylni. Pomiń opory ruchu; obliczenia wykonaj dla oraz także dla .
a) Wyznacz opóźnienie krążka podczas wjazdu w górę oraz czas , po którym zatrzyma się na moment w najwyższym punkcie.
b) Wyprowadź zależności i oblicz drogę przebytą wzdłuż rampy oraz maksymalną wysokość pionową .
c) Wyjaśnij na podstawie praw mechaniki, dlaczego wartość maksymalna nie zależy od kąta nachylenia .
Odpowiedź i wynik końcowy
a) (dla : ). Czas wznoszenia: (dla : ).
b) (dla : ). Maksymalna wysokość: (dla : ).
c) Zgodnie z zasadą zachowania energii mechanicznej cała energia kinetyczna zamienia się w najwyższym punkcie w energię potencjalną grawitacji . Po skróceniu masy otrzymujemy , co zależy wyłącznie od prędkości początkowej i przyspieszenia , a nie od geometrii toru czy kąta .