Задачи из решебника Мещерского онлайн
Динамика:
Динамика материальной точки
§ 33. Относительное движение
Задачи с решениями
33.1 К концу A вертикального упругого стержня AB прикреплен груз C массы 2,5 кг. Груз C, будучи выведен из положения равновесия, совершает гармонические колебания под влиянием силы, пропорциональной расстоянию от положения равновесия. Стержень AB таков, что для отклонения конца его A на 1 см нужно приложить силу 1 Н. Найти амплитуду вынужденных колебаний груза C в том случае, когда точка закрепления стержня B совершает по горизонтальной прямой гармонические колебания амплитуды 1 мм и периода 1,1 c.
РЕШЕНИЕ
33.2 Точка привеса математического маятника длины l движется по вертикали равноускоренно. Определить период T малых колебаний маятника в двух случаях: 1) когда ускорение точки привеса направлено вверх и имеет какую угодно величину p; 2) когда это ускорение направлено вниз и величина его p<g.
РЕШЕНИЕ
33.3 Математический маятник OM длины l в начальный момент отклонен от положения равновесия OA на некоторый угол α и имеет скорость, равную нулю; точка привеса его в этот момент имеет также скорость, равную нулю, но затем опускается с постоянным ускорением p≥g. Определить длину s дуги окружности, описываемой точкой M в относительном движении вокруг точки O.
РЕШЕНИЕ
33.4 Железнодорожный поезд идет со скоростью 15 м/с по рельсам, проложенным по меридиану с юга на север. Масса поезда 2000 т. 1) Определить боковое давление поезда на рельсы, если он пересекает в данный момент северную широту 60°. 2) Определить боковое давление поезда на рельсы, если он идет в этом же месте с севера на юг.
РЕШЕНИЕ
33.5 Материальная точка свободно падает в северном полушарии с высоты 500 м на Землю. Принимая во внимание вращение Земли вокруг своей оси и пренебрегая сопротивлением воздуха, определить, насколько отклонится на восток точка при падении. Географическая широта места равна 60°.
РЕШЕНИЕ
33.6 В вагоне, движущемся по прямому горизонтальному пути, маятник совершает малые гармонические колебания, причем среднее его положение остается отклоненным от вертикали на угол 6°. 1) Определить ускорение w вагона. 2) Найти разность периодов колебаний маятника: T — в случае неподвижного вагона и T1 — в данном случае.
РЕШЕНИЕ
33.7 Точка O1 привеса маятника длины l совершает прямолинейные горизонтальные гармонические колебания около неподвижной точки O: OO1=a sin pt. Определить малые колебания маятника, считая, что в момент, равный нулю, φ=0, φ =0.
РЕШЕНИЕ
33.8 Точка, находящаяся на широте λ, брошена в западном направлении под углом α к горизонту с начальной скоростью v0. Определить время и дальность полета точки.
РЕШЕНИЕ
33.9 Шарик массы m, прикрепленный к концу горизонтальной пружины, коэффициент жесткости которой c, находится в положении равновесия в трубке на расстоянии a от вертикальной оси. Определить относительное движение шарика, если трубка, образующая с осью прямой угол, начинает вращаться вокруг вертикальной оси с постоянной угловой скоростью ω.
РЕШЕНИЕ
33.10 Горизонтальная трубка CD равномерно вращается вокруг вертикальной оси AB с угловой скоростью ω. Внутри трубки находится тело M. Определить скорость v тела относительно трубки в момент его вылета, если в начальный момент v=0, x=x0, длина трубки равна L. Трением пренебречь.
РЕШЕНИЕ
33.11 В условиях предыдущей задачи определить время движения тела в трубке.
РЕШЕНИЕ
33.12 В условиях задачи 33.10 составить дифференциальное уравнение движения тела в трубке, если коэффициент трения скольжения между телом и трубкой равен f.
РЕШЕНИЕ
33.13 Кольцо движется по гладкому стержню AB, который равномерно вращается в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, проходящей через конец A, делая один оборот в секунду; длина стержня 1 м; в момент t=0 кольцо находилось на расстоянии 60 см от конца A и имело скорость, равную нулю. Определить момент t1, когда кольцо сойдет со стержня.
РЕШЕНИЕ
33.14 Трубка AB вращается с постоянной угловой скоростью ω вокруг вертикальной оси CD, составляя с ней неизменный угол 45°. В трубке находится тяжелый шарик M. Определить движение этого шарика относительно трубки, если начальная скорость его равна нулю и начальное расстояние от точки O равно a. Трением пренебречь.
РЕШЕНИЕ
33.15 Определить, как меняется ускорение силы тяжести в зависимости от широты места φ вследствие вращения Земли вокруг своей оси. Радиус Земли R=6370 км.
РЕШЕНИЕ
33.16 Во сколько раз надо увеличить угловую скорость вращения Земли вокруг своей оси, чтобы тяжелая точка, находящаяся на поверхности Земли на экваторе, не имела бы веса? Радиус Земли R=6370 км.
РЕШЕНИЕ
33.17 Артиллерийский снаряд движется по настильной траектории (т. е. по траектории, которую приближенно можно считать горизонтальной прямой). Горизонтальная скорость снаряда во время движения v0=900 м/с. Снаряд должен поразить цель, отстоящую от места выстрела на расстоянии 18 км. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить, насколько отклонится снаряд от цели вследствие вращения Земли. Стрельба происходит на северной широте λ=60°.
РЕШЕНИЕ
33.18 Маятник на длинной нити получает небольшую начальную скорость в плоскости север-юг. Считая отклонения маятника малыми по сравнению с длиной нити и принимая во внимание вращение Земли вокруг оси, найти время, по истечении которого плоскость качаний маятника совпадает с плоскостью запад-восток. Маятник расположен на 60° северной широты.
РЕШЕНИЕ
33.19 Тяжелая точка может двигаться без трения по вертикальному проволочному кольцу, которое вращается вокруг своего вертикального диаметра с постоянной угловой скоростью ω. Радиус кольца равен R. Найти положение равновесия точки и определить, как будет двигаться точка, если в положении равновесия она получит малую скорость v0 по касательной вверх.
РЕШЕНИЕ
33.20 Пружинный вибродатчик используется для измерения вертикального ускорения поезда, круговая частота вертикальных колебаний которого равна 10 рад/с. База прибора составляет одно целое с корпусом одного из вагонов поезда. К базе прибора крепится пружина с коэффициентом жесткости c=17,64 кН/м. К пружине прикреплен груз массы m=1,75 кг. Амплитуда относительного движения груза вибродатчика равна 0,125 см по записи прибора. Найти максимальное вертикальное ускорение поезда. Какова амплитуда вибрации поезда?
РЕШЕНИЕ
33.21 Виброметр используется для определения вертикальных колебаний одной из частей машины. В подвижной системе прибора демпфер отсутствует. Относительное смещение датчика виброметра (массивного груза) равно 0,005 см. Собственная частота колебаний виброметра — 6 Гц, частота колебаний вибрирующей части машины — 2 Гц. Чему равны амплитуда колебаний, максимальная скорость и максимальное ускорение вибрирующей части машины?
РЕШЕНИЕ
33.22 Груз массы m=1,75 кг подвешен внутри коробки на вертикальной пружине, коэффициент жесткости которой c=0,88 кН/м. Коробка установлена на столе, вибрирующем в вертикальном направлении. Уравнение колебаний стола x=0,225 sin 3t см. Найти абсолютную амплитуду колебаний груза.
РЕШЕНИЕ
РЕШЕНИЕ
33.2 Точка привеса математического маятника длины l движется по вертикали равноускоренно. Определить период T малых колебаний маятника в двух случаях: 1) когда ускорение точки привеса направлено вверх и имеет какую угодно величину p; 2) когда это ускорение направлено вниз и величина его p<g.
РЕШЕНИЕ
33.3 Математический маятник OM длины l в начальный момент отклонен от положения равновесия OA на некоторый угол α и имеет скорость, равную нулю; точка привеса его в этот момент имеет также скорость, равную нулю, но затем опускается с постоянным ускорением p≥g. Определить длину s дуги окружности, описываемой точкой M в относительном движении вокруг точки O.
РЕШЕНИЕ
33.4 Железнодорожный поезд идет со скоростью 15 м/с по рельсам, проложенным по меридиану с юга на север. Масса поезда 2000 т. 1) Определить боковое давление поезда на рельсы, если он пересекает в данный момент северную широту 60°. 2) Определить боковое давление поезда на рельсы, если он идет в этом же месте с севера на юг.
РЕШЕНИЕ
33.5 Материальная точка свободно падает в северном полушарии с высоты 500 м на Землю. Принимая во внимание вращение Земли вокруг своей оси и пренебрегая сопротивлением воздуха, определить, насколько отклонится на восток точка при падении. Географическая широта места равна 60°.
РЕШЕНИЕ
33.6 В вагоне, движущемся по прямому горизонтальному пути, маятник совершает малые гармонические колебания, причем среднее его положение остается отклоненным от вертикали на угол 6°. 1) Определить ускорение w вагона. 2) Найти разность периодов колебаний маятника: T — в случае неподвижного вагона и T1 — в данном случае.
РЕШЕНИЕ
33.7 Точка O1 привеса маятника длины l совершает прямолинейные горизонтальные гармонические колебания около неподвижной точки O: OO1=a sin pt. Определить малые колебания маятника, считая, что в момент, равный нулю, φ=0, φ =0.
РЕШЕНИЕ
33.8 Точка, находящаяся на широте λ, брошена в западном направлении под углом α к горизонту с начальной скоростью v0. Определить время и дальность полета точки.
РЕШЕНИЕ
33.9 Шарик массы m, прикрепленный к концу горизонтальной пружины, коэффициент жесткости которой c, находится в положении равновесия в трубке на расстоянии a от вертикальной оси. Определить относительное движение шарика, если трубка, образующая с осью прямой угол, начинает вращаться вокруг вертикальной оси с постоянной угловой скоростью ω.
РЕШЕНИЕ
33.10 Горизонтальная трубка CD равномерно вращается вокруг вертикальной оси AB с угловой скоростью ω. Внутри трубки находится тело M. Определить скорость v тела относительно трубки в момент его вылета, если в начальный момент v=0, x=x0, длина трубки равна L. Трением пренебречь.
РЕШЕНИЕ
33.11 В условиях предыдущей задачи определить время движения тела в трубке.
РЕШЕНИЕ
33.12 В условиях задачи 33.10 составить дифференциальное уравнение движения тела в трубке, если коэффициент трения скольжения между телом и трубкой равен f.
РЕШЕНИЕ
33.13 Кольцо движется по гладкому стержню AB, который равномерно вращается в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, проходящей через конец A, делая один оборот в секунду; длина стержня 1 м; в момент t=0 кольцо находилось на расстоянии 60 см от конца A и имело скорость, равную нулю. Определить момент t1, когда кольцо сойдет со стержня.
РЕШЕНИЕ
33.14 Трубка AB вращается с постоянной угловой скоростью ω вокруг вертикальной оси CD, составляя с ней неизменный угол 45°. В трубке находится тяжелый шарик M. Определить движение этого шарика относительно трубки, если начальная скорость его равна нулю и начальное расстояние от точки O равно a. Трением пренебречь.
РЕШЕНИЕ
33.15 Определить, как меняется ускорение силы тяжести в зависимости от широты места φ вследствие вращения Земли вокруг своей оси. Радиус Земли R=6370 км.
РЕШЕНИЕ
33.16 Во сколько раз надо увеличить угловую скорость вращения Земли вокруг своей оси, чтобы тяжелая точка, находящаяся на поверхности Земли на экваторе, не имела бы веса? Радиус Земли R=6370 км.
РЕШЕНИЕ
33.17 Артиллерийский снаряд движется по настильной траектории (т. е. по траектории, которую приближенно можно считать горизонтальной прямой). Горизонтальная скорость снаряда во время движения v0=900 м/с. Снаряд должен поразить цель, отстоящую от места выстрела на расстоянии 18 км. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить, насколько отклонится снаряд от цели вследствие вращения Земли. Стрельба происходит на северной широте λ=60°.
РЕШЕНИЕ
33.18 Маятник на длинной нити получает небольшую начальную скорость в плоскости север-юг. Считая отклонения маятника малыми по сравнению с длиной нити и принимая во внимание вращение Земли вокруг оси, найти время, по истечении которого плоскость качаний маятника совпадает с плоскостью запад-восток. Маятник расположен на 60° северной широты.
РЕШЕНИЕ
33.19 Тяжелая точка может двигаться без трения по вертикальному проволочному кольцу, которое вращается вокруг своего вертикального диаметра с постоянной угловой скоростью ω. Радиус кольца равен R. Найти положение равновесия точки и определить, как будет двигаться точка, если в положении равновесия она получит малую скорость v0 по касательной вверх.
РЕШЕНИЕ
33.20 Пружинный вибродатчик используется для измерения вертикального ускорения поезда, круговая частота вертикальных колебаний которого равна 10 рад/с. База прибора составляет одно целое с корпусом одного из вагонов поезда. К базе прибора крепится пружина с коэффициентом жесткости c=17,64 кН/м. К пружине прикреплен груз массы m=1,75 кг. Амплитуда относительного движения груза вибродатчика равна 0,125 см по записи прибора. Найти максимальное вертикальное ускорение поезда. Какова амплитуда вибрации поезда?
РЕШЕНИЕ
33.21 Виброметр используется для определения вертикальных колебаний одной из частей машины. В подвижной системе прибора демпфер отсутствует. Относительное смещение датчика виброметра (массивного груза) равно 0,005 см. Собственная частота колебаний виброметра — 6 Гц, частота колебаний вибрирующей части машины — 2 Гц. Чему равны амплитуда колебаний, максимальная скорость и максимальное ускорение вибрирующей части машины?
РЕШЕНИЕ
33.22 Груз массы m=1,75 кг подвешен внутри коробки на вертикальной пружине, коэффициент жесткости которой c=0,88 кН/м. Коробка установлена на столе, вибрирующем в вертикальном направлении. Уравнение колебаний стола x=0,225 sin 3t см. Найти абсолютную амплитуду колебаний груза.
РЕШЕНИЕ