Объяснение:
Дано:
x = 2·t
y = t²
R - ?
1)
Находим проекции скоростей:
Vₓ = x' = (2·t)' = 2
Vy = y' = (t²)' = 2·t
Тогда:
V = √ (Vₓ² + Vy²) = √ (2² + (2·t)²) = √ (4 + 4·t²) = 2·√(1 + t²)
Тангенциальное ускорение:
aτ = (V)' = (2·√(1 + t²))' = 2·t / √(1+t²)
2)
Находим полное ускорение:
aₓ = (Vₓ)' = (2)' = 0
ay = (Vy)' = (2·t)' = 2
a = √ (ax² + ay²) = √ (0² + 2²) = 2
3)
Нормальное ускорение:
aₙ = √ (a² - aτ²) = √ ( 4 - 4·t² /(1 + t²))
4)
Радиус кривизны:
R = V² / aₙ = (2·√(1 + t²))² / √ ( 4 - 4·t² /(1 + t²)) =
= 4·(1+t²) ·√ (1+t²) / 2 = 2·(1+t²) √(1+ t²) = 2 · (1 + t²)^(3/2)
При движении по кривой ускорение материальной точки складывается из нормальной составляющей и тангенциальной (причем они ортогональны):![\vec{a}=\vec{a}_{n}+\vec{a}_{\tau}](/tpl/images/2004/4069/7a7d8.png)
Найдём модули всех указанных векторов.
1)![\vec{a}=\{\ddot{x};\ddot{y}\}=\{0;2\}\implies a=2](/tpl/images/2004/4069/4d381.png)
2)
, где
- радиус кривизны в данной точке (момент времени). Причём,
. Таким образом, ![a_{n}=\dfrac{v^2}{R}=\dfrac{4(1+t^2)}{R}](/tpl/images/2004/4069/e0681.png)
3)![\vec{a}_{\tau}=\dot{v}\vec{\tau}\implies a_{\tau}=\dot{v}=\dfrac{2t}{\sqrt{1+t^2}}](/tpl/images/2004/4069/71495.png)
Поскольку
и
, то из прямоугольного треугольника на трёх указанных векторах получим:
ответ.![R=2\big(1+t^2\big)^{\tfrac{3}{2}}](/tpl/images/2004/4069/5a7ec.png)
PS. Наиболее быстро ответ можно получить с дифференциальной геометрии.
Кривизной траектории выраженной явно
называется величина
, а радиусом кривизны - величина
.
Для нашей задачи,
. Отсюда
и
.
Сразу же получаем![k=\dfrac{\tfrac{1}{2}}{\big(1+t^2\big)^{\tfrac{3}{2}}}\implies R=2\big(1+t^2\big)^{\tfrac{3}{2}}](/tpl/images/2004/4069/042be.png)