Два тела масс m1 и m2, связанные невесомой нитью, лежат на гладкой горизонтальной поверхности. Нить обрывается, если сила её натяжения превышает значение Tm. C какой максимальной горизонтальной силой F можно тянуть второе тело, чтобы нить не оборвалась?
Задача №2.1.82 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»
Дано:
m1, m2, Tm, Fm−?
Решение задачи:
Схема к решению задачиПотянем второе тело с такой силой Fm, что сила натяжения нити, соединяющей тела, станет очень близка по величине к Tm, но ещё не разорвется.
По условию поверхность, по которой движутся тела, гладкая, значит сил трения нет. Покажем на схеме все силы, действующие на тела, потом запишем второй закон Ньютона для обоих тел в проекции на ось x. Ускорения рассматриваемых тел, естественно, одинаковые.
{Fm—Tm=m2aTm=m1a
Сложим оба выражения системы, а из полученного выразим ускорение a.
Fm=(m1+m2)a
a=Fmm1+m2
Подставим формулу в последнее выражение системы, а оттуда выразим искомую силу Fm.
Tm=Fmm1m1+m2
Fm=Tm(m1+m2)m1
Поделим почленно числитель дроби на знаменатель.
Fm=Tm(1+m2m1)
В условии не было дано числовых данных, задачу требовалось решить в общем виде, что мы и сделали.
Т.к. вода сначала охлаждается, потом кристаллизируется, а потом полученный лед снова охлаждается, то общее кол-во теплоты будет равно сумме кол-ва теплоты при охлаждении воды, кол-ва теплоты при кристаллизации воды и кол-ва теплоты при охлаждении льда. Масса воды будет равна массе полученного льда. Запишем это формулой: Q = Q кристаллизации + Q охл. воды + Q охл. льда(если пренебречь потерями) Q охл. воды и Q охл. льда будем брать по модулю, т.к. они получатся отрицательными. Запишем формулу кол-ва теплоты при охлаждении воды: Q охл. воды = I c воды * m * (t кон - t нач) I Запишем формулу кол-ва теплоты при кристаллизации воды: Q кристаллизации = λ*m Запишем формулу кол-ва теплоты при охлаждении льда: Q охл. льда = I c льда*m*(t кон. - t нач.) I Запишем все в общую формулу: Q = I c воды * m * (t кон - t нач) I + λ*m + I c льда*m*(t кон. - t нач.) I Переведем 30 грамм в килограммы: 30 г = 30*10^-3 кг = 0,03 кг Значение λ я беру 333 кДж/кг, значение c воды - 4200, c льда - 2100: Q = 4200 * 0,03 * (50-0) + 333 000 * 0,03 + 2100 * 0,03 * (20 - 0) = 6300 + 9990 + 1260 = 17 550 Дж ответ: 17 550 Дж
Условие задачи:
Два тела масс m1 и m2, связанные невесомой нитью, лежат на гладкой горизонтальной поверхности. Нить обрывается, если сила её натяжения превышает значение Tm. C какой максимальной горизонтальной силой F можно тянуть второе тело, чтобы нить не оборвалась?
Задача №2.1.82 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»
Дано:
m1, m2, Tm, Fm−?
Решение задачи:
Схема к решению задачиПотянем второе тело с такой силой Fm, что сила натяжения нити, соединяющей тела, станет очень близка по величине к Tm, но ещё не разорвется.
По условию поверхность, по которой движутся тела, гладкая, значит сил трения нет. Покажем на схеме все силы, действующие на тела, потом запишем второй закон Ньютона для обоих тел в проекции на ось x. Ускорения рассматриваемых тел, естественно, одинаковые.
{Fm—Tm=m2aTm=m1a
Сложим оба выражения системы, а из полученного выразим ускорение a.
Fm=(m1+m2)a
a=Fmm1+m2
Подставим формулу в последнее выражение системы, а оттуда выразим искомую силу Fm.
Tm=Fmm1m1+m2
Fm=Tm(m1+m2)m1
Поделим почленно числитель дроби на знаменатель.
Fm=Tm(1+m2m1)
В условии не было дано числовых данных, задачу требовалось решить в общем виде, что мы и сделали.
ответ: Tm(1+m2m1)