При скатывании диска массой m с с высоты h его потенциальная энергия mgh преобразовывается в кинетическую энергию поступательного и вращательного движения: mgh=mv^2/2+Jw^2/2, где J - момент инерции диска. Длина наклонной плоскости l связана с её высотой h соотношением l=h/sin(a), линейная скорость v связана с угловой скоростью w соотношением v=wR, где R - радиус диска. Тогда mglsin(a)=v^2/2*(m+J/R^2). Так как движение тела происходит лишь под действием силы тяжести, то оно равноускоренное. Тогда v=at и l=at^2/2. Отсюда ускорение a=mgsin(a)/(m+J/R^2). Момент инерции диска J=mR^2/2. Тогда ускорение a=mgsin(a)/(3m/2)=2gsin(a)/3
Для решения данной задачи определим понятие "Давление". Давление есть сила, действующая на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности. Запишем P = m*a / S . Здесь P - давление, m - масса куба, a - ускорение, S - площадь, на которую куб воздействует. В случае, если лифт стоит на месте или прямолинейно и равномерно движется, то a = g = 9,8 м/с2 , где g - гравитационная постоянная.
В нашем же случае, когда лифт ускоряется a = g + 1 = 10.8 м/с2, а когда замедляется a = g - 1 = 8,8 м/с2.
S легко найти, т.к. нам известен размер ребра куба L = 20 см = 0.2 м. Итак, S = 0.2 * 0.2 = 0.04 м2
Осталось найти массу куба. Как известно масса равна произведению объёма на плотность материала: m = V * p
Объём куба равен размеру его грани в кубе, т.е. V = 0.2 * 0.2 * 0.2 = 0.008 м3.
Вычислим массу куба: m = V * p = 0.008 * 2300 = 18.4 кг
Теперь мы знаем все параметры и можем вычислить давление куба на пол:
При ускорении лифта: P = m * (g + 1) / S = 18.4 * 10.8 / 0.04 = 4968 Па
При замедлении лифта: P = m * (g - 1) / S = 18.4 * 8.8 / 0.04 = 4048 Па
