Zadanie Zadanie 5.2.9: Wyznaczenie prędkości początkowej toczącej się platformy z bilansu pracy oporów

Punkty
3 pkt
Dział
Energia i pęd · Pojęcie energii
Trudność
Poziom trudności: łatwe
Na poziomym torze magazynowym robot logistyczny popchnął platformę transportową o masie m=80 kgm = 80\,\text{kg}, nadając jej prędkość początkową v0v_0. Platforma toczy się swobodnie i zatrzymuje po przebyciu drogi s=1,8 ms = 1,8\,\text{m} pod działaniem oporów ruchu, które stanowią 25%25\% jej ciężaru (Fop=0,25 mgF_{\text{op}} = 0,25\,m g). a) Zapisz bilans energii dla toczącej się platformy i wykaż, że prędkość początkowa v0v_0 nie zależy od masy platformy. b) Oblicz wartość prędkości początkowej v0v_0 nadanej platformie (w m/s\text{m/s} oraz w km/h\text{km/h}). Przyjmij przyspieszenie ziemskie g=10 m/s2g = 10\,\text{m/s}^2 (podaj także wariant dla g=9,81 m/s2g = 9,81\,\text{m/s}^2).

Treść zadania

Na poziomym torze magazynowym robot logistyczny popchnął platformę transportową o masie m=80 kgm = 80\,\text{kg}, nadając jej prędkość początkową v0v_0. Platforma toczy się swobodnie i zatrzymuje po przebyciu drogi s=1,8 ms = 1,8\,\text{m} pod działaniem stałych oporów ruchu, które stanowią 25%25\% jej ciężaru (Fop=0,25 mgF_{\text{op}} = 0,25\,m g). **Polecenia:** a) Zapisz bilans energii dla toczącej się platformy i wykaż, że prędkość początkowa v0v_0 nie zależy od masy platformy mm. b) Oblicz wartość prędkości początkowej v0v_0 nadanej platformie (w m/s\text{m/s} oraz w km/h\text{km/h}). Przyjmij przyspieszenie ziemskie g=10 m/s2g = 10\,\text{m/s}^2 (podaj także wariant dla g=9,81 m/s2g = 9,81\,\text{m/s}^2). W tym modelu pomiń energię obrotową kół: platformę traktuj jak bryłę poruszającą się postępowo. Przyjmij, że siła oporu ma stałą wartość na całej drodze.

Odpowiedź i wynik końcowy

a) Z bilansu 12mv02=Fops=0,25 mgs\frac{1}{2} m v_0^2 = F_{\text{op}} s = 0,25\,m g s po skróceniu masy mm otrzymujemy v0=0,50 gsv_0 = \sqrt{0,50\,g s}, co dowodzi braku zależności prędkości od masy platformy. b) Dla g=10 m/s2g = 10\,\text{m/s}^2: v0=3,0 m/s=10,8 km/hv_0 = 3,0\,\text{m/s} = 10,8\,\text{km/h} (dla g=9,81 m/s2g = 9,81\,\text{m/s}^2: v0≈2,97 m/s≈10,7 km/hv_0 \approx 2,97\,\text{m/s} \approx 10,7\,\text{km/h}). a: a) Z bilansu 12mv02=Fops=0,25 mgs\frac{1}{2} m v_0^2 = F_{\text{op}} s = 0,25\,m g s po skróceniu masy mm otrzymujemy v0=0,50 gsv_0 = \sqrt{0,50\,g s}, co dowodzi braku zależności prędkości od masy platformy. b: b) Dla g=10 m/s2g = 10\,\text{m/s}^2: v0=3,0 m/s=10,8 km/hv_0 = 3,0\,\text{m/s} = 10,8\,\text{km/h} (dla g=9,81 m/s2g = 9,81\,\text{m/s}^2: v0≈2,97 m/s≈10,7 km/hv_0 \approx 2,97\,\text{m/s} \approx 10,7\,\text{km/h}).