ÐонÑÑолÑÐ½Ð°Ñ ÑабоÑа â 1 ФÐÐÐЧÐСÐÐÐ ÐСÐÐÐЫ ÐÐÐ¥ÐÐÐÐÐ ...
ÐонÑÑолÑÐ½Ð°Ñ ÑабоÑа â 1 ФÐÐÐЧÐСÐÐÐ ÐСÐÐÐЫ ÐÐÐ¥ÐÐÐÐÐ ...
ÐонÑÑолÑÐ½Ð°Ñ ÑабоÑа â 1 ФÐÐÐЧÐСÐÐÐ ÐСÐÐÐЫ ÐÐÐ¥ÐÐÐÐÐ ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Контрольная работа № 1<br />
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ<br />
Выписка из рабочей программы<br />
1. Основные понятия кинематики. Кинематика поступательного движения<br />
твердого тела.<br />
2. Основные характеристики кинематики твердого тела: скорость и ускорение.<br />
Кинематика равномерного и равнопеременного прямолинейного движения материальной<br />
точки.<br />
3. Первый закон Ньютона. Инерциальная система отсчета. Преобразования Галилея.<br />
4. Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона. Импульс материальной<br />
точки. Основной закон динамики материальной точки.<br />
5. Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса.<br />
6. Виды сил в механике. Силы трения. Силы упругости. Силы тяготения.<br />
7. Закон всемирного тяготения. Понятие о гравитационном поле. Сила тяжести.<br />
Вес тела.<br />
8. Работа силы. Мощность. Консервативные и неконсервативные силы.<br />
9. Энергия. Механическая энергия. Кинетическая энергия. Теорема об изменении<br />
кинетической энергии.<br />
10. Потенциальная энергия. Потенциальная энергия однородного поля, поля<br />
центральных сил, упруго деформированного тела. Связь между консервативной силой<br />
и потенциальной энергией.<br />
11. Полная механическая энергия системы тел. Закон изменения и сохранения<br />
механической энергии.<br />
12. Абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары.<br />
13. Вращательное движение твердого тела. Кинематика движения материальной<br />
точки по окружности. Связь угловых и линейных кинематических величин.<br />
14. Динамика твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Момент<br />
силы. Момент инерции. Основное уравнение вращательного движения. Теорема о<br />
переносе осей инерции.<br />
15. Момент импульса. Законы изменения и сохранения момента импульса.<br />
16. Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Работа<br />
внешних сил при повороте твердого тела вокруг неподвижной оси.<br />
17. Гармоническое колебание: основные характеристики. Дифференциальное<br />
уравнение гармонического колебания. Периоды собственных колебаний пружинного,<br />
физического и математического маятников. Кинематика и динамика гармонического<br />
колебания.<br />
18. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний. Добротность колебательной<br />
системы.<br />
19. Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденного колебания.<br />
Амплитудные и фазовые характеристики. Резонанс.<br />
1
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ФОРМУЛЫ<br />
Механика – раздел физики, который изучает закономерности механического<br />
движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение.<br />
Механическое движение – изменение с течением времени взаимного расположения<br />
тел или их частей.<br />
В механике для описания движения тел в зависимости от условий конкретных<br />
задач используют физические модели (материальная точка и абсолютно твердое тело).<br />
Материальная точка – тело, обладающее массой, размерами которого в данной<br />
задаче можно пренебречь.<br />
Абсолютно твердое тело – тело, которое ни при каких условиях не может деформироваться,<br />
и при всех условиях расстояние между двумя точками (или точнее<br />
между двумя частицами) этого тела остается постоянными.<br />
Поступательное движение – движение, при котором любая прямая, жестко<br />
связанная с движущимся телом, остается параллельной своему первоначальному<br />
положению.<br />
Вращательное движение – движение, при котором все точки тела движутся по<br />
окружностям, центры которых лежат на одной и той же прямой, называемой осью<br />
вращения.<br />
Положение материальной точки определяется по отношению к некоторому,<br />
произвольно выбранному тела, называемому телом отсчета.<br />
Система отсчета – совокупность системы координат и часов, связанных с телом<br />
отсчета.<br />
Траектория – движения материальной точки – линии, описываемая этой точкой<br />
в пространстве. В зависимости от формы траектории движение может быть<br />
прямолинейным или криволинейным.<br />
Длина пути – длина участка траектории, пройденного материальной точкой с<br />
момента отсчета времени. Длина пути является скалярной функцией времени:<br />
∆ s = ∆s(t)<br />
Вектор перемещения – вектор, проведенный из начального положения движущейся<br />
точки в положение ее в данный момент времени (приращение радиусавектора<br />
точки за рассматриваемый промежуток времени).<br />
∆ r = r − r 0<br />
При прямолинейном движении вектор перемещения совпадает с соответствующим<br />
участком траектории и модуль перемещения<br />
∆ s .<br />
∆r<br />
равен пройденному пути<br />
Скорость – векторная величина, которая определяет как быстроту движения,<br />
так и его направление в данный момент времени.<br />
Мгновенная скорость – векторная величина, определяемая производной радиуса-вектора<br />
движущийся точки по времени; направлена по касательной к траектории<br />
в сторону движения:<br />
dr<br />
v =<br />
dt<br />
2
Ускорение – характеристика неравномерного движения; определяет быстроту<br />
изменения скорости по модулю и направлению.<br />
Ускорение векторная величина определяемая первой производной скорости по времени.<br />
d v<br />
a =<br />
dt<br />
Тангенциальная составляющая ускорения характеризует быстроту изменения<br />
скорости по направлению (направлена по касательной к траектории).<br />
dv<br />
a τ =<br />
dt<br />
Нормальная составляющая уравнения характеризует быстроту изменения<br />
скорости по направлению (направлена к центру кривизны траектории).<br />
2<br />
v<br />
a n =<br />
r<br />
Полное ускорение при криволинейном движении.<br />
a = aτ<br />
+ a n<br />
Равномерное прямолинейное движение – движение с постоянной по модулю<br />
и направлению скоростью: v = const<br />
Уравнение координаты равномерного прямолинейного движения материальной<br />
точки вдоль оси x :<br />
x = x 0 + vt<br />
Равноускоренное прямолинейное движение – движение с ускорением, постоянным<br />
по модулю и направлению: a = const<br />
Уравнение координаты равнопеременного прямолинейного движения<br />
( a = const ) вдоль оси x :<br />
2<br />
at<br />
x = x0<br />
+ v0t<br />
+<br />
2<br />
Скорость точки при равнопеременном движении.<br />
v v + at<br />
= 0<br />
dϕ<br />
ω =<br />
Угловая скорость – вектор dt<br />
Угловое ускорение – вектор, равный первой производной угловой скорости по<br />
времени.<br />
dϕ<br />
ε =<br />
dt<br />
Период вращения – время, за которое точка совершает один полный оборот,<br />
т.е. поворачивает на угол 2π.<br />
Частота вращения – число полных оборотов, совершаемых телом при его<br />
движении по окружности, в единицу времени.<br />
Формулы, выражающие связь между линейными и угловыми величинами:<br />
2<br />
ar<br />
= Rε , an<br />
= ω R<br />
3
Уравнение равнопеременного вращения:<br />
ε t<br />
ϕ = ϕ 0 + ω 0 t +<br />
2<br />
Угловая скорость при равнопеременном вращении:<br />
ω = ω 0 = const<br />
Угловая скорость при равнопеременном вращении:<br />
ω = ω 0 + ε t<br />
Первый закон Ньютона: существуют такие системы отсчета, относительно<br />
которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если<br />
на него действуют другие тела.<br />
Инерциальная система отсчета – система отсчета, относительно которой свободная<br />
материальная точка, не подверженная воздействию других тел, движется<br />
равномерно и прямолинейно.<br />
Масса тела – физическая величина, являющаяся мерой его инерционных<br />
свойств.<br />
Сила – векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на<br />
тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение<br />
или изменяет свою форму и размеры.<br />
Импульс – векторная величина, численно равна произведению массы материальной<br />
точки на ее скорость:<br />
p = mv<br />
Второй закон Ньютона: ускорение приобретаемое материальной точкой, пропорционально<br />
вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно<br />
пропорционально массе материальной точки.<br />
F<br />
a =<br />
m<br />
Основное уравнение динамики материальной точки – скорость изменения<br />
импульса материальной точки равна действующей на нее силе:<br />
d p<br />
F =<br />
dt<br />
Третий закон Ньютона: всякое действие материальных точек друг на друга<br />
имеет характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные<br />
точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют<br />
вдоль прямой, соединяющей эти точки.<br />
F12 = −F 21<br />
Закон Гука: сила упругости пропорциональна удлинению тела и направлена в<br />
сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации:<br />
= −k( ∆l)<br />
F óïð<br />
Сила упругости – сила, возникающая в результате деформации тела и направленная<br />
в сторону, противоположную перемещения частиц тела при деформации.<br />
2<br />
4
Закон всемирного тяготения: между любыми двумя материальными точками<br />
действует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная квадрату расстояния<br />
между ними:<br />
m m r<br />
F G<br />
1 2 12<br />
12 = − ⋅<br />
2<br />
r r<br />
Сила тяжести – сила, которая действует на тело массой m находящееся в системе<br />
отсчета, связанной с Землей:<br />
P = mg<br />
Вес тела – сила, с которой тело вследствие тяготения к Земле действует на опору<br />
(или подвес), удерживающую тело от свободного падения.<br />
Силы трения – сила сопротивления, действующая на тело и направленная противоположно<br />
относительному перемещению данного тела.<br />
Сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления:<br />
F mp = µN<br />
Механическая система – совокупность материальных точек(тел), выделенных<br />
по какому-либо свойству или признаку.<br />
Внутренние силы – силы взаимодействия между материальными точками механической<br />
системы.<br />
Внешние силы – силы, с которыми на материальные точки механической системы<br />
действуют внешние тела.<br />
Замкнутая система – механическая система тела, на которую не действуют<br />
внешние силы.<br />
Закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы сохраняется, т.е. не<br />
изменяется с течение времени:<br />
n<br />
p = ∑ p<br />
i=1<br />
i =<br />
const<br />
Цент масс системы материальных точек – воображаемая точка С, положение<br />
которой характеризует распределение массы этой системы.<br />
Радиус-вектор точки С:<br />
n<br />
∑ mi<br />
ri<br />
r<br />
i<br />
c =<br />
−1<br />
m<br />
Закон движения центра масс: центр масс системы движется как материальная<br />
точка, в которой сосредоточена масса всей системы и на которую действует сила,<br />
равная геометрической сумме всех внешних сил, действующих на систему.<br />
dvc<br />
m = ∑<br />
m<br />
F iâíåø<br />
dt m=<br />
1<br />
Уравнение движения тела переменной массы:<br />
dv<br />
m c = F − u<br />
dt<br />
Энергия – универсальная мера различных форм движения и взаимодействия.<br />
Работа силы – количественная характеристика процесса обмена энергией между<br />
взаимодействующими телами.<br />
dm<br />
dt<br />
5
Элементарная работа силы F на перемещение dr:<br />
dA = F ⋅ d r<br />
Работа совершаемая переменной силой на пути s:<br />
A = ∫<br />
2 F cosα<br />
⋅ ds<br />
1<br />
Мощность – физическая величина, характеризующая скорость совершения<br />
работы:<br />
A<br />
N =<br />
t<br />
Мгновенная мощность – равна скалярному произведению вектора силы на<br />
вектор скорости, с которой движется точка приложения этой силы:<br />
N = F ⋅ v = F ⋅ v cosα<br />
Кинетическая энергия механической системы – энергия механического<br />
движения этой системы.<br />
Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью v, определяется<br />
работой, которую надо совершить, чтобы сообщить телу данную скорость.<br />
2<br />
mv<br />
E k =<br />
2<br />
Теорема о кинетической энергии: работа равнодействующих сил, приложенных<br />
к телу, равна измерению кинетической энергии тела:<br />
A = E k − E<br />
2 k 1<br />
Приращение кинетической энергии частицы на элементарном перемещении<br />
равно элементарной работе на том же перемещении:<br />
dE k = dA<br />
Потенциальная энергия – механическая энергия системы тел, определяемая<br />
их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними.<br />
Потенциальное поле – поле, в котором работа, совершаемая действующими<br />
силами при перемещении тела из одного положения в другое, не зависит от того, по<br />
какой траектории это перемещение произошло, а зависит только от начального и<br />
конечного положений.<br />
Консервативная сила – сила, работа которой при перемещении точки (тела) в<br />
пространстве.<br />
Консервативная система – механическая система, на тела которой действуют<br />
только консервативные силы.<br />
Диссипативная сила – сила, работа которой при перемещении точки (тела) из<br />
одного положения в другое зависит от траектории перемещения точки.<br />
Работа консервативных сил при элементарном (бесконечно малом) изменении<br />
конфигурации системы равна приращению потенциальной энергии, взятому со<br />
знаком минус, так как работа совершается за счет убыли потенциальной энергии:<br />
n<br />
dA = −dEn;<br />
E n = −∫ Fdr + C;<br />
F = −gradE p<br />
Потенциальная энергия тела, поднятого над поверхностью Земли на высоту<br />
h:<br />
E n = mgh<br />
6
Потенциальная энергия упругодеформированного тела:<br />
2<br />
k(<br />
∆l)<br />
E n =<br />
2<br />
Работа по перемещению тела в поле тяготения с расстояния R1 до R2 не зависит<br />
от траектории перемещения, а определяется лишь начальным и конечным положениями<br />
тела, т.е. силы тяготения консервативны, а поле тяготения потенциально.<br />
R2<br />
mM ⎛ GM GM ⎞<br />
A = ∫ G ⋅ dR = m ⋅<br />
⎜ −<br />
⎟<br />
2<br />
R ⎝ R2<br />
R<br />
R<br />
1 ⎠<br />
1<br />
Работа, совершаемая консервативными силами, равна изменению потенциальной<br />
энергии системы, взятому со знаком минус.<br />
A = −∆E<br />
p = −( E p 2<br />
− E p 1<br />
)<br />
Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия двух материальных<br />
точек массами m1 и m2, находящихся на расстоянии r друг от друга.<br />
m m<br />
E p = −G<br />
1 2<br />
r<br />
Полная механическая энергия системы – энергия механического движения и<br />
взаимодействия (равна сумме кинетической и потенциальной энергий).<br />
Закон сохранения механической энергии: в системе тел, между которыми<br />
действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется,<br />
т.е. не изменяется со временем, или в консервативных системах полная механическая<br />
энергия сохраняется.<br />
E = Ek + E p = const<br />
Удар (соударение) – это столкновение двух или более тел, при котором взаимодействие<br />
длиться очень короткое время.<br />
Коэффициент восстановления – отношение нормальных составляющих относительно<br />
скорости тел после v′ n и до удара v n.<br />
v′<br />
ε =<br />
n<br />
vn<br />
Линия удара – прямая, проходящая через точку соприкосновения тел и нормальная<br />
к поверхности их соприкосновения.<br />
Центральный удар – удар, при котором тела до удара движутся вдоль прямой,<br />
проходящей через их центры масс.<br />
Скорости тел, массы которых m 1 и m 2 , после абсолютного упругого прямого центрального<br />
удара.:<br />
( m1<br />
− m2<br />
) v1<br />
+ 2m2v2<br />
( m<br />
v1′<br />
=<br />
;<br />
2 − m1<br />
) v2<br />
+ 2m1v<br />
v<br />
1<br />
2′<br />
=<br />
;<br />
m1<br />
+ m2<br />
m1<br />
+ m2<br />
Абсолютно неупругий удар – столкновение двух тел в результате которого<br />
тела объединяются, двигаясь дальше как единое целое.<br />
Скорость после абсолютного неупругого центрального удара:<br />
m1<br />
v1<br />
+ m2<br />
v2<br />
v =<br />
m1<br />
+ m2<br />
7
Изменение кинетической энергии шаров при центральном абсолютно упругом<br />
ударе:<br />
m1m<br />
∆ E<br />
2<br />
( ) ( k =<br />
v1<br />
− v2<br />
2 m<br />
)2<br />
1 + m2<br />
МЕХАНИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА.<br />
Момент инерции мат. точки относительно данной оси – скалярная величина,<br />
равная произведению массы на квадрат расстояния от этой точки до оси.<br />
2<br />
J = mr<br />
Момент инерции системы (тела) относительно оси – физическая величина,<br />
равная сумме произведений масс n материальных точек системы на квадраты их<br />
расстояния до рассматриваемой оси.<br />
J = ∑<br />
n<br />
1m i r 2<br />
i<br />
i=<br />
Момент инерции в случае непрерывного распределения масс.<br />
2<br />
J = r dm<br />
∫<br />
Момент инерции некоторых однородных тел (таблица №1)<br />
Тело Положение оси вращения Момент<br />
инерции<br />
Ось симметрии<br />
mR 2<br />
Полный тонкостенный цилиндр<br />
радиусом R (обруч)<br />
Сплошной цилиндр или диск<br />
радиусом R<br />
Прямой тонкий стержень<br />
длинной l<br />
То же<br />
Шар радиусом R<br />
Тот же<br />
Ось перпендикулярна<br />
стержню и проходит через<br />
его середину<br />
Ось перпендикулярна<br />
стержню и проходит через<br />
его конец<br />
Ось проходит через центр<br />
шара<br />
1/2 mR 2<br />
1/12 mI 2<br />
1/3 mI 2<br />
2/5 mR 2<br />
Теорема Штейнера: момент инерции тела относительно любой оси вращения<br />
равен моменту его инерции J c относительно параллельной оси, проходящей через<br />
центры массы m тела на квадрат расстояния a между осями.<br />
2<br />
J = Jc + ma<br />
Кинетическая энергия тела, вращающегося относительно оси z.<br />
2<br />
ω<br />
E âð = J z<br />
2<br />
Кинетическая энергия тела катящегося по плоскости без скольжения<br />
1 2 1 2<br />
E = mv c + Jc<br />
⋅ω<br />
2 2<br />
8
Момент силы относительно неподвижной точки О – физическая величина,<br />
определяемая векторным произведением радиуса-вектора r , проведенным из точки<br />
О в точку приложения силы F , на эту силу:<br />
Модуль момента силы:<br />
M =<br />
[ rF ]<br />
M = F ⋅ r ⋅sin<br />
α = Fl<br />
l = r ⋅sin<br />
α − ïëå÷î ñèëû<br />
Момент силы относительно неподвижной оси z: - скалярная величина Mz,<br />
равная проекции на эту ось вектора Ì момента силы, определенного относительно<br />
произвольной точки О данной оси z.<br />
Работа при вращении тела:<br />
dA = M z ⋅ dϕ<br />
Момент импульса мат. точки А относительно неподвижной точки О – физическая<br />
величина, определяемая векторным произведением радиуса-вектора r ,<br />
проведенного из точки О в точку А, на импульс этой точки.<br />
[ r p] [ rmv]<br />
L = =<br />
Модуль вектора момента импульса:<br />
L = mvr ⋅sinα<br />
Момент импульса твердого тела относительно оси z.<br />
L = m v r = J ω<br />
z<br />
∑<br />
i=<br />
1<br />
i<br />
Уравнение (закон) динамики вращательного движения твердого тела относительно<br />
неподвижной оси: производная момента импульса твердого тела относительно<br />
оси равна моменту сил относительно той же оси.<br />
dω<br />
dL<br />
M z = J z = J zε<br />
или<br />
z = M z<br />
dt<br />
dt<br />
Момента импульса относительно неподвижной оси z – скалярная величина<br />
Lz, равная проекции на эту ось вектора момента импульса, определенного относительно<br />
произвольной точки О данной оси. Значение момента импульса Lz, не зависит<br />
от положения точки О на оси z.<br />
Закон сохранения импульса: момента импульса замкнутой системы сохраняется,<br />
т.е. не изменяется с течением времени:<br />
i<br />
i<br />
L = const<br />
z<br />
9
ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ<br />
Колебания – движения или процессы, которые характеризуются определенной<br />
повторяемостью во времени.<br />
Гармонические колебания – колебания, при которых колеблющаяся величина<br />
изменяется со временем по закону синуса или косинуса.<br />
Дифференциальное уравнение гармонических колебаний.<br />
d<br />
2<br />
2<br />
s<br />
2<br />
0<br />
+ ω s<br />
dt<br />
Период гармонического колебания – промежуток времени Т, в течении которого<br />
фаза колебания получает приращение 2π, т.е.<br />
ω 0 (t +Т)+ϕ=( ω 0 t+ϕ)+2π<br />
Частота колебания – число полных колебаний совершаемых в единицу времени<br />
1<br />
v =<br />
T<br />
Смещение колеблющейся точки<br />
x = Acos( ω 0t<br />
+ ϕ)<br />
Скорость колеблющейся точки<br />
dx<br />
π<br />
v = = −Aω 0 sin( ω0t<br />
+ ϕ)<br />
= Aω0<br />
cos( ω0<br />
+ ϕ + )<br />
dt<br />
2<br />
Ускорение колеблющейся точки<br />
dx 2<br />
2<br />
a = = −Aω 0<br />
cos( ω0t<br />
+ ϕ)<br />
= Aω0<br />
cos( ω0t<br />
+ ϕ + π )<br />
dt<br />
Сила, действующая на колеблющуюся материальную точку массой m<br />
2<br />
F = −mω 0 x<br />
Кинетическая энергия материальной точки совершающей прямолинейные<br />
гармонические колебания<br />
2 2 2<br />
2 2<br />
mv mA ω0<br />
2<br />
mA ω<br />
E sin ( )<br />
0<br />
k = =<br />
ω0t<br />
+ ϕ = [ 1−<br />
cos 2( ω0t<br />
+ ϕ)<br />
]<br />
2 2<br />
4<br />
Потенциальная энергия материальной точки совершающей гармонические<br />
колебания под действием упругой силы F<br />
x<br />
2 2 2 2<br />
mω0<br />
x mA ω<br />
E<br />
0<br />
p = −∫ Fdx = = [ 1+<br />
cos 2( ω0t<br />
+ ϕ)<br />
]<br />
2 4<br />
0<br />
Полная энергия материальной точки совершающей гармонические колебания<br />
2<br />
mA 2 ω<br />
E = E E<br />
0<br />
k + p =<br />
2<br />
Физический маятник – твердое тело совершающее под действием силы тяжести<br />
колебания вокруг неподвижной горизонтальной оси подвеса не проходящей<br />
через центр масс тела.<br />
=<br />
0<br />
10
Приведенная длина физического маятника – длина такого математического<br />
маятника, период колебаний которого совпадает с периодом колебаний данного физического<br />
маятника<br />
J<br />
L =<br />
ml<br />
Период колебаний математического маятника [l- длина маятника]<br />
l<br />
T = 2π<br />
g<br />
Амплитуда результирующего колебания, получающегося при сложении<br />
двух гармонических колебаний одинакового направления и частоты<br />
2 2 2<br />
A = A1<br />
+ A2<br />
+ 2A1<br />
A2<br />
cos( ϕ2<br />
− ϕ1)<br />
Начальная фаза результирующего колебания<br />
A1<br />
sinϕ1<br />
− A2<br />
sinϕ<br />
tgϕ<br />
=<br />
2<br />
A1<br />
cosϕ1<br />
+ A2<br />
cosϕ2<br />
Затухающие колебания – колебания амплитуда которых уменьшается со<br />
временем.<br />
Вынужденные механические и вынужденные электромагнитные колебания<br />
– колебания, возникающие под действием внешней периодически изменяющейся<br />
силы или внешней периодически изменяющейся эдс.<br />
Амплитуда вынужденных колебаний.<br />
õ<br />
À =<br />
0<br />
2 2 2 2 2<br />
( ω<br />
0<br />
− ω ) + 4δ<br />
ω<br />
Сдвиг фаз между колебаниями и вынуждающей силой (приложенным переменным<br />
напряжением).<br />
2δω<br />
ϕ = arctg<br />
2 2<br />
ω0<br />
− ω<br />
Резонансная частота<br />
2<br />
0<br />
ω ðåç = ω − 2δ<br />
Резонансная амплитуда<br />
x<br />
A<br />
0<br />
ðåç =<br />
2 2<br />
2δ<br />
ω − δ<br />
0<br />
2<br />
11
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1<br />
Вариант № 1<br />
Задача № 1<br />
Для оказания медицинской помощи при несчастном случае в горном ущелье за<br />
медикаментами послан лыжник. Он должен по горизонтальной прямолинейной<br />
лыжне пройти путь S = 10 км и вернуться обратно. Его скорость без ветра постоянна<br />
и равна 10 км/ч. Сколько времени для этого требуется Рассмотреть два случая: а)<br />
ветра нет; б) из-за постоянного ветра вдоль дороги скорость лыжника увеличивается<br />
на ∆V = 3 км/ч при движении по направлению ветра, на столько же уменьшается при<br />
движении против ветра.<br />
Задача № 2<br />
Для спасения человека, попавшего под вагонетку, необходимо поднять её правую<br />
часть. Это можно сделать двумя способами. Определить силу F1, которую надо<br />
приложить к правому концу вагонетки, направив её вертикально вверх. Определить<br />
силу F2 , которую можно направить вертикально вниз. Длина вагонетки L = 3 м,<br />
масса вагонетки m = 500 кг.<br />
Задача № 3<br />
При расследовании причин дорожно-транспортного происшествия необходимо<br />
определить, возможно, ли движение автомобиля вверх по горной дороге с уклоном,<br />
равным 30°, с ускорением a = 0,6 м/с2, если коэффициент трения между шинами и<br />
поверхностью дорог К0 = 0,5.<br />
Задача № 4<br />
Человек в результате аварии попал в сепаратор, вращающийся с частотой 30<br />
мин-1, с радиусом вращения 2 м. Определить возникшую при этом перегрузку. Оценить<br />
с помощью графика (рис. ) опасность для жизни и здоровья человека, если<br />
время действия перегрузки 10 с. (рис.).<br />
Задача № 5<br />
В горах человек сорвался со скалы и падает с высоты Н = 100 м на мягкий снег.<br />
До полной остановки проходит в нём путь: а) к1 = 2 м; б) к2 = 10 м.<br />
Сопротивление воздуха не учитывать. Определить перегрузку, которую испытывает<br />
человек при торможении, время её действия и опасность для его жизни. Считать,<br />
что направление действия перегрузки “таз+голова”.<br />
Задача № 6<br />
Череп человека может быть пробит движущимся предметом с площадью сечения<br />
несколько квадратных сантиметров, если давление Р0 = 5·107 Па. Сопротивление<br />
воздуха не учитывать. Может ли пробить голову человека кусок льда m = 1 кг,<br />
если он упал с высоты: а) Н1 = 2,5 м; б) Н2 = 10 м Считать, что удар продолжается<br />
время ∆t = 1 мс, площадь соприкосновения льда с головой человека S = 2 см 2 .<br />
12
Задача № 7<br />
Для предотвращения возможного загорания дома, находящегося недалеко от<br />
места пожара, необходимо на его крышу и стены за 1 мин. подать 100 л. воды. Можно<br />
ли для этих целей использовать колодец глубиной Н = 10 м Масса вала, на который<br />
намотана невесомая верёвка, m0 = 20 кг. Его радиус r = 10 см. К колесу, радиус<br />
которого R = 50 см, для поднятия ведра прикладывают постоянную касательную силу<br />
F = 22 Н. Массу колеса и трение не учитывать. Вместимость ведра 10 л. его массу<br />
не учитывать. Для переливания поднятой воды в пустое ведро необходимо время<br />
t0 = 7 с. В это время другой человек сматывает верёвку, чтобы ведро, как только<br />
ведро будет пустым, бросить без начальной скорости вниз (рис.). Определить интервал<br />
времени, за который будет подаваться 10 л. воды, а также количество воды, поданное<br />
за 1 мин. И сравнить с требуемой величиной.<br />
Задача № 8<br />
При проведении спасательных работ, человека поднимают на тросе на неподвижно<br />
висящий вертолёт (рис. 6.1). Из-за неожиданного пульсирующего ветра человек<br />
стал раскачиваться. Определить наименьшую скорость подъёма человека, при<br />
которой не будет опасности его удара о выступ толщиной Н = 3,14 м. Длина троса<br />
L = 40 м.<br />
Вариант № 2<br />
Задача № 1<br />
Для обнаружения возможного лесного пожара используется расположенная на<br />
холме башня. Её высота над уровнем земли h = 40 м. Определить дальность горизонта,<br />
а также время, необходимое для того, чтобы до него добраться, при скорости<br />
движения ν = 10 км/ч. высоту деревьев не учитывать. Определить площадь лесного<br />
массива, который может быть рассмотрен с башни (рис. ).<br />
Задача № 2<br />
Определить силу, действующую на поршень ручного водяного насоса, если для<br />
подачи воды к концу рукоятки прикладывается сила F = 60 Н (рис.).<br />
Задача № 3<br />
На горной дороге из-за отказа тормозной системы автобус с пассажирами массой<br />
m1 = 3000 кг. начал скатываться по уклону, равному 300. Для остановки автобуса<br />
и спасения пассажиров его догнал грузовой автомобиль массой m2 = 6000 кг.<br />
Удалось трос с передней лебёдки автомобиля закрепить на автобусе. После этого<br />
автомобиль стал тормозить так, что его колёса заблокировались. Коэффициент трения<br />
покрышек об асфальт К = 0,9. Какой путь от начала торможения пройдут автомобили,<br />
если перед торможением их скорость v = 36 км/ч Трение колёс автобуса не<br />
учитывать (рис. ).<br />
Задача № 4<br />
В результате нарушения правил техники безопасности человек оказался в сепараторе,<br />
вращающемся с частотой n = 60 мин –1, радиус его вращения R = 2 м. Направление<br />
действия перегрузки – "спина → грудь". Через время t0 = 5 мин. сепаратор<br />
был остановлен. Определить перегрузку, которую испытал человек, и её опасность<br />
с помощью графика (см. рис. ).<br />
13
Задача № 5<br />
В воздухе из-за аварии произошло разрушение вертолёта, из которого выпал<br />
человек. Траектория падения человека совпала с вертикальным профилем горы, покрытой<br />
гладким льдом, переходящим с радиусом кривизны R = 25 м. в горизонтальный<br />
участок (рис. ). Считать, что человек в результате падения с большой высоты<br />
достиг скорости v = 50 м/с. Определить перегрузку, которую испытывает человек,<br />
оценить время её действия и с помощью рис. определить опасность для жизни и<br />
здоровья человека<br />
Какой путь человек прокатится по горизонтальному участку, если коэффициент<br />
трения К = 0,1, а скорость, с которой он начинает движение на этом участке, v1 = 40<br />
м/с <br />
Задача № 6<br />
Череп человека может быть пробит движущимся предметом с площадью сечения<br />
несколько квадратных сантиметров, если давление Р0 = 5·10 7 Па. Удар какой<br />
массы льда может пробить голову человека, если она падает с высоты Н = 10 м.,<br />
удар продолжается время ∆t = 1 мс, площадь соприкосновения льда с головой S = 3<br />
см 2 , сопротивление воздуха не учитывать. (см. рис. 4.1).<br />
Задача № 7<br />
Для предотвращения возможного загорания деревянного дома, находящегося<br />
недалеко от места пожара, необходимо на его крышу и стены за 1 мин. подать 15 л.<br />
воды. Можно ли для этих целей использовать колодец глубиной Н = 10 м Масса<br />
вала, на который намотана невесомая верёвка, m0 = 20 кг. Его радиус r = 10 см. К<br />
колесу, радиус которого R = 60 см, человек для поднятия ведра прикладывает постоянную<br />
касательную силу F = 20 Н. Массу колеса и трение не учитывать. Вместимость<br />
ведра 10 л, масса ведра m0 = 1 кг. За время t0 = 15 с. поднятое ведро с водой<br />
человек переливает в другое. Под действием собственной массы ведро опускается<br />
вниз, разматывая верёвку с вала. Время погружения ведра в воду не учитывать.<br />
Через какие интервалы времени будет подаваться вода. (см. рис. )<br />
Задача № 8<br />
Для предупреждения об опасности автоматическая система включает сирену.<br />
Колесо сирены имеет 60 отверстий и вращается с частотой 300 мин –1. Скорость<br />
звука в воздухе v = 340 м/с. Определить длину звуковой волны.<br />
Вариант № 3<br />
Задача № 1<br />
Для наблюдения за лесными массивами в целях обнаружения пожара используется<br />
вертолёт. На какой высоте дальность горизонта будет составлять Х = 100 км<br />
Какая дальность горизонта будет на высоте Н = 1,5 км Какая площадь леса будет<br />
контролироваться вертолётом<br />
Задача № 2<br />
При проведении аварийно-спасательных работ, связанных с разборкой завала<br />
14
после землетрясения, необходимо сдвинуть обломок стены дома (рис. 2.4), закрывающий<br />
проход, с помощью горизонтального троса. Определить силу натяжения<br />
троса, если спасатель действует на его середину с силой P = 1000 Н. Угол прогиба<br />
троса равен 4°. Массу троса не учитывать. Во сколько раз сила натяжения троса будет<br />
больше веса человека<br />
Задача № 3<br />
Для аварийного спуска человека используется спасательный рукав (рис.) длиной<br />
Н = 30 м. Скорость падения человека на землю должна быть v = 3 м/с. Считать<br />
движение равноускоренным. Определить, во сколько раз сила трения отличается от<br />
веса человека при его движении. Сила трения постоянна, масса человека m = 100 кг.<br />
Задача № 4<br />
Самолёт совершает вынужденную посадку с убранными шасси. Посадочная<br />
скорость равно 114 км/ч, тормозной путь составляет 10 м. Определить возникшую<br />
при этом перегрузку. Какой положение сидящего экипажа по отношению к направлению<br />
движения более безопасно: лицом назад или вперёд<br />
Задача № 5<br />
Для спасения людей, находящихся из-за пожара на крыше дома, внизу натянут<br />
брезент. Расстояние от крыши до брезента Н = 10 м, брезент при падении на него<br />
человека прогибается на х = 0,5 м. Прочность брезента Р0 = 2 · 10 4 К/м 2. Площадь<br />
соприкосновения человека с брезентом S = 0,5 м 2. Людей какой массы можно успешно<br />
спасать<br />
Задача № 6<br />
От вращающегося вала отлетела гайка массой m = 100 г, находящаяся от оси<br />
вращения на расстоянии R = 20 см, и попала в голову человека. Считать, что удар<br />
продолжается время t = 10 –3 с, площадь соприкосновения гайки с головой<br />
S = 1 см 2 , череп человека может быть пробит, если оказывается давление Р0 = 5·10 7<br />
Па. При, какой наименьшей частоте вращения вала череп человека может быть пробит<br />
Рикошета нет.<br />
Задача № 7<br />
Поворотная платформа пожарной автолестницы имеет момент инерции, равный<br />
моменту инерции диска радиусом 1 м. и массой 3 ·10 3 кг. При включении поворотного<br />
механизма платформа за 3 с. набирает частоту вращения 0,5 мин –1, которая затем<br />
постоянная. Определить момент вращающей силы в начале движения платформы.<br />
Момент силы трения равен 100 Нм.<br />
Задача № 8<br />
При проведении спасательных работ человек надел лёгкий бронежилет, который<br />
выдерживает воздействие давления Р0 = 5,0*108 Па. В результате взрыва металлический<br />
осколок массой m = 100 г. со скоростью v = 100 м/с попал перпендикулярно<br />
в бронежилет, который прогнулся на х = 2 см. Площадь соприкосновения осколка<br />
с бронежилетом S = 0,3 см2. Будет ли бронежилет пробит осколком Есть ли<br />
опасность для жизни человека<br />
15
Вариант № 4<br />
Задача № 1<br />
На расстоянии d = 50 м. от берега водохранилища тонет ребёнок. На берегу находится<br />
человек (рис. ). Человек может плыть со скоростью v = 1 м/с, бежать по берегу<br />
со скоростью v2 = 5 м/с. Через сколько времени человек доберётся до ребёнка в<br />
точку А, если:<br />
а) из точки С он сразу по прямой поплывёт в точку А;<br />
б) добежит до точки В по берегу, а потом поплывёт по прямой в точку А<br />
Задача № 2<br />
В результате дорожно-транспортного происшествия автомобиль получил повреждения.<br />
Его двери заклинены. Есть угроза пожара. Для спасения пассажиров необходимо<br />
открыть дверь (рис. ), для этого к ней привязан трос. С какой силой, направленной<br />
вертикально вниз, должен действовать спасатель на середину троса,<br />
чтобы сила натяжения была равна 7000 Н Считать, что угол прогиба троса при этом<br />
равен 4°.<br />
Задача № 3<br />
Для аварийного спуска пострадавшего используется спасательный рукав длиной<br />
Н = 30 м. Скорость падения человека массой m = 100 кг. на землю v = 4 м/с (см.<br />
рис. ). Сколько тепла выделится при этом в результате трения<br />
Задача № 4<br />
Автомобиль, движущийся со скоростью v = 72 км/ч, врезается в результате отказа<br />
тормозной системы в неподвижное препятствие на дороге. Он останавливается,<br />
пройдя путь S = 1 м. с учётом деформации. Определить возникшую при этом перегрузку,<br />
если водитель пользовался ремнями безопасности, время её действия и оценить<br />
опасность для его жизни и здоровья (см. рис. ).<br />
Задача № 5<br />
Можно ли спасать людей массой m = 100 кг, прыгающих по очереди с высоты<br />
Н = 6 м. на растянутый брезент, который прогибается при падении человека на х = 1<br />
м Площадь соприкосновения человека с брезентом S = 0,5 м 2. Прочность брезента<br />
Р0 = 10 4 Н/м 2.<br />
Задача № 6<br />
При пожаре взорвался баллон с газам. Осколок массой m = 1 кг вылетел из окна<br />
горизонтально со скоростью v1 = 10 м/с. Окно расположено на высоте Н = 5 м. от<br />
уровня головы человека, находящегося на улице (рис. 4.2). Сопротивление воздуха<br />
не учитывать. Осколок попал в незащищённую голову человека. Площадь соприкосновения<br />
при ударе осколка с головой S = 2 см2, удар продолжается время<br />
t = 10 –3 с. Череп человека может быть пробит уже при давлении Р0 = 5·10 7 Па.<br />
Определить, будет ли пробит череп человека при ударе осколком.<br />
Задача № 7<br />
Однородный вал радиусом 0,1 м и массой 20 кг. начинает вращаться вокруг<br />
16
геометрической оси. Угловая скорость изменяется по закону ω = Bt 3, где В = 2<br />
рад/с4. Трение не учитывать. Определить величину касательной силы через 5 с. после<br />
начала вращения.<br />
Задача № 8<br />
Выдвижную автолестницу раскачивает ветер. Смещение верхней точки изменяется<br />
по гармоническому закону x = Asinωt. Амплитуда колебания 0,6 м, период колебания<br />
5 с. Вычислить наибольшую скорость верхней точки.<br />
Вариант № 5<br />
Задача № 1<br />
На расстоянии d = 50 м. от берега водохранилища тонет ребёнок. На берегу находится<br />
человек (рис. ). Человек может плыть со скоростью v1 = 1 м/с, бежать по<br />
берегу со скоростью v2 = 5 м/с. Каким путём должен двигаться человек, чтобы добраться<br />
до ребёнка за кратчайшее время<br />
Задача № 2<br />
Определить силу натяжения троса с помощью которого поднимается балка массой<br />
m = 100 кг. Есть ли опасность обрыва троса, если он выдерживает нагрузку до<br />
Т0 = 2,8 кН (рис.)<br />
Задача № 3<br />
Для эвакуации людей из совершившего аварийную посадку самолёта используется<br />
спасательное устройство – аварийный надувной трап. Считать, что начальная<br />
скорость человека равна нулю, он находится на высоте Н = 4 м. Коэффициент трения<br />
при его движении по наклонной поверхности К = 0,3. Определить время спуска.<br />
Сколько человек может быть эвакуировано за t = 1 мин, если каждый последующий<br />
начинает движение, когда предыдущий находится внизу Наклонная плоскость составляет<br />
угол 30° с поверхностью земли (рис. ).<br />
Задача № 4<br />
Человек падает с высоты Н = 10 м. Для его Спасения используют натянутый<br />
брезент (рис. ). Брезент под действием человека прогибается на х = 1 м. Определить<br />
нагрузку, которую испытывает человек, и время её действия. Оценить с помощью<br />
рис. опасность для жизни и здоровья человека.<br />
Задача № 5<br />
Над подъездом дома висит тент, прочность которого позволяет выдерживать<br />
воздействие упавшего сверху предмета до Р0 = 10 6 Н/м 2. Считать, что материал<br />
при этом прогибается на 20 см. С какой наименьшей высоты должен упасть кирпич,<br />
чтобы пробить защитный тент Масса кирпича m = 5 кг, площадь его соприкосновения<br />
с тентом S = 100 см2. Высоту считать от поверхности тента.<br />
Задача № 6<br />
В результате отказа рулевой системы и тормозов автомобиль массой<br />
m = 2000 кг. со скоростью v = 36 км/ч под прямым углом врезался в чугунное огра-<br />
17
ждение набережной, сбил его и упал в воду. Вода находится ниже уровня дороги на<br />
Н = 4 м. При ударе автомобиль деформировался на х = 1 м. Ограждение рушится<br />
при силе действия F0 = 6·10 4 Н. Определить скорость автомобиля, после того как<br />
он пробил ограждения, и расстояние L (рис. ). Сопротивление воздуха не учитывать.<br />
Считать, что автомобиль лежит на дне реки под местом падения в воду.<br />
Задача № 7<br />
На барабан подъёмного устройства колодца намотана верёвка, к концу которой<br />
привязана ведро массой 2 кг. За какое время ведро достигнет воды, если глубина колодца<br />
равна 15 м, масса барабана 20 кг, его радиус 10 см Массу верёвки не учитывать.<br />
Начальная скорость ведра равна нулю. Момент силы трения при вращении не<br />
учитывать.<br />
Задача № 8<br />
Выдвижную автолестницу раскачивает ветер. Смещение верхней точки изменяется<br />
по закону х = Asinωt. Амплитуда колебаний 0,3 м, частота колебаний<br />
0,2 с –1. Определить скорость верхней точки, когда смещение равно 0,15 м.<br />
Вариант № 6<br />
Задача № 1<br />
Человек с разгона должен прыгнуть горизонтально с крыши горящего дома на<br />
крышу другого дома (рис. ). Крыши находятся на одинаковой высоте. При каком<br />
расстоянии между домами это возможно Сопротивление воздуха не учитывать.<br />
Считать, что высота, на которую может подняться человек, прыгая вертикально<br />
вверх, h = 0,5 м. Человек во время прыжка имеет горизонтальную скорость v0 х = 5<br />
м/с и в этот момент подбрасывать себя вверх со скоростью, которую сообщают ему<br />
мышцы ног при прыжке в высоту с места.<br />
Задача № 2<br />
Для спасения людей, блокированных в потерпевшем аварию автомобиле, необходимо<br />
вытащить шпильку. Какую требуется приложить силу (рис), если сила сопротивления<br />
равна 2000 Н<br />
Задача № 3<br />
Для эвакуации людей из совершившего аварийную посадку самолёта используется<br />
аварийно надувной трап. Начальная скорость человека равно нулю. Верхняя<br />
часть наклонной плоскости находится на высоте Н = 3 м. Коэффициент трения при<br />
движении человека по наклонной плоскости К = 0,2. Наклонная плоскость составляет<br />
угол с поверхностью земли, равный 45°. Определить скорость, которую будет<br />
иметь человек в результате движения по наклонной плоскости перед касанием о<br />
землю. Сравнить её с условно безопасной скоростью v0 = 5 м/с (см. рис.)<br />
Задача № 4<br />
Человек падает с высоты Н = 40 м. Для спасения используется натянутый брезент.<br />
Брезент под действием человека прогибается на х = 1 м. Определить перегрузку,<br />
которую испытывает человек, время её действия. Оценить с помощью рис. 3.11<br />
18
опасность для жизни и здоровья человека. Считать, что направление действия перегрузки<br />
– " таз → голова " (см. рис. ).<br />
Задача № 5<br />
На время ремонтных работ на крыше дома над его подъездом находится защитный<br />
тент. Расстояние от тента до крыши Н = 30 м. Какой наименьшей прочностью<br />
должен обладать тент, чтобы защитить человека, входящего в подъезд, от падающего<br />
с крыши кирпича массой m = 4 кг Считать, что площадь сопротивления кирпича<br />
с тентом S = 80 см 2 и он прогибается х = 0,2 м.<br />
Задача № 6<br />
Огнетушитель выбрасывает ежесекундно массу m0 = 0,4 кг/с пены со скоростью<br />
v = 10 м/с. Какую горизонтальную силу необходимо человеку предложить,<br />
чтобы огнетушитель был неподвижен (рис.)<br />
Задача № 7<br />
Какое количество тепла выделится при остановке вращения за счёт трения вала<br />
массой 10 кг. и радиусом 2 см, вращающегося с угловой скоростью 200 рад/с<br />
Задача № 8<br />
Порыв ветра вызвал свободные затухающие колебания выдвижной автолестницы.<br />
За два колебания верхней точки амплитуда уменьшилась в два раза. Во сколько<br />
раз уменьшится за 5 колебаний<br />
Вариант № 7<br />
Задача № 1<br />
Определить опасность для жизни человека, если он оказался в автомобиле без<br />
средств пассивной безопасности, который скатился с нулевой начальной скоростью<br />
с ледяной горки высотой Н = 10 м. (трение не учитывать) и ударился о неподвижное<br />
препятствие. Считать, что при фронтальном наезде на неподвижное препятствие со<br />
скоростью v0 = 13,89 м/с вероятность выживания человека в автомобиле без средств<br />
пассивной безопасности равен нулю.<br />
Задача № 2<br />
Для спасения человека, попавшего в воду в зимнее время, его необходимо вытащить<br />
на лёд за верёвку (рис.). Какую наибольшую силу натяжение верёвки может<br />
обеспечить спасатель массой 100 кг, если коэффициент его трения о лёд равен 0,1<br />
Задача № 3<br />
Для эвакуации людей из совершившего аварийную посадку самолёта используется<br />
аварийный надувной трап (см. рис. ). Верхняя часть наклонной плоскости находится<br />
на высоте Н = 3 м. Она составляет угол с поверхностью земли, равен 450. При<br />
каком коэффициенте трения скорость, которую человек приобретёт человек в конце<br />
спуска, будет 5 м/с<br />
Задача № 4<br />
Определить перегрузку, возникшую при падении человека с высоты Н = 3 м. на<br />
19
грунт. Считать, что в результате воздействия человека на почву она проседает на<br />
х = 3 см. Оценить опасность такого падания для жизни и здоровья человека (рис. ).<br />
Считать, что направление действия перегрузки – "таз - голова" (см. рис. )<br />
Задача № 5<br />
Человек, падая с высоты Н = 30 м. на специальную спасательную подушку<br />
(см. рис.), при торможении проходит путь х = 2 м. Определить перегрузку.<br />
Задача № 6<br />
При тушении пожара струя воды площадью поперечного сечения S = 100 см 2<br />
падает перпендикулярно стеклу окна помещения. Стекло может быть уже разрушено<br />
при силе действия F0 = 240 Н. Скорость движения воды v = 5 м/с. Определить<br />
действующую на стекло силу. Есть ли опасность разрушения стекла Разбрызгивание<br />
воды не учитывать (рис. ).<br />
Задача № 7<br />
Вертикальный столб длиной 15 м, подпиленный у основания, падает на землю,<br />
поворачиваясь вокруг нижнего основания. Определить линейную скорость его верхнего<br />
конца в момент удара о землю.<br />
Задача № 8<br />
На вертикальном коленчатом подъёмнике типа "Саймон" работает лафетный<br />
ствол. Из-за пульсации подачи воды происходят колебания ствола по направлению<br />
её выброса по закону х = 0,5sin3πt. Поперечно пульсирующий ветер вызвал колебания<br />
по взаимно перпендикулярному направлению по закону<br />
y = 0,5 sin (3πt+π/2). Определить траекторию движения ствола.<br />
Вариант № 8<br />
Задача № 1<br />
В зимнее время в результате поломки рулевой системы автомобиль с начальной<br />
скоростью v1 = 36 км/ч скатился с дороги с высоты Н = 4,5 м. и ударился о неподвижное<br />
препятствие. Склон покрыт льдом, поэтому трение не учитывать. Оценить<br />
возможность гибели людей в автомобиле, если он не оборудован пассивными средствами<br />
безопасности. Считать, что вероятность выживания человека в таких условия<br />
равна нулю при скорости удара автомобиля о препятствие v0 = 13,89 м/с.<br />
Задача № 2<br />
При проведении аварийно-спасательных работ в условиях Арктики используется<br />
тросовое самоходное устройство. Масса человека, находящегося на середине троса,<br />
равна 100 кг. Угол прогиба троса равен 4°. Определить силу натяжения троса. Во<br />
сколько раз эта сила больше его веса<br />
Задача № 3<br />
Человек массой m1 = 100 кг. с помощью невесомой и нерастяжимой верёвки и<br />
блока, вращающегося без трения, массу которого можно не учитывать, должен<br />
спустить с крыши промышленного здания пострадавшего ребёнка массой m2 = 50<br />
20
кг. (рис. ). Авария произошла в зимнее время. Коэффициент трения при скольжении<br />
человека на горизонтальной крыше К = 0,45. Может ли человек медленно спускать<br />
ребёнка с практически с постоянной скоростью С каким наименьшим ускорением<br />
может спускаться ребёнок, чтобы человек не скользил по крыше Определить в этом<br />
случае высоту, считая, что безопасная скорость соприкосновения ребёнка с землёй<br />
равна скорости при свободном падении с высоты Н0 = 1 м.<br />
Задача № 4<br />
Определить перегрузку, возникшую при падении человека с высоты Н = 25 м.<br />
на грунт. Считать, что в результате воздействия человека на почву она проседает на<br />
х = 0,5 м. Определить опасность такого падения для жизни и здоровья человека<br />
(см. рис.). Считать, что направление действия перегрузки – "таз - голова". (см. рис.).<br />
Задача № 5<br />
Главная составляющая бронежилета – это защитная ткань из высокопрочных<br />
синтетических волокон. Прочность ткани типа "Кевлар" Р = 40*109 Па. Определить,<br />
какая сила действует на человека в таком бронежилете, если в него попадают пули<br />
перпендикулярно его поверхности, площадь поперечного сечения пули S = 0,5 см2.<br />
Давление, которое пуля оказывает на ткань, равно наибольшему допустимому<br />
(прочности ткани).<br />
Задача № 6<br />
При анализе тушения пожара необходимо выяснить, могла ли струя воды разбить<br />
стеклянную витрину магазина. Наименьшая сила, которая разрушает данной<br />
стекло, F = 1000 Н. Скорость воды при тушении пожара v = 8 м/с, площадь поперечного<br />
сечения струи S = 150 см 2 . Разбрызгивание воды при попадании на преграду<br />
не учитывать (см. рис.).<br />
Задача № 7<br />
При остановке вала массой m = 20 кг и радиусом R = 5 см выделилось теплоты<br />
Q = 100 Дж.С какой угловой скоростью вращался вал<br />
Задача № 8<br />
Порыв ветра вызвал свободные затухающие колебания выдвижной лестницы.<br />
За пять колебаний амплитуда уменьшилась в три раза. Во сколько раз амплитуда<br />
уменьшится за десять колебаний<br />
Вариант № 9<br />
Задача № 1<br />
Ночью на теплоходе возник пожар. Его пассажиры воспользовались спасательным<br />
плотом. На горизонте они увидели свет маяка. Известно, что лампа маяка находится<br />
на высоте Н = 60 м. над поверхностью воды. Маяк расположен на берегу. Определить<br />
расстояние от спасательного плота до берега. Определить время движения<br />
плота до берега, считая, что его скорость v = 0,5 км/ч.<br />
Задача № 2<br />
21
Для проведении аварийно-спасательных работ используется тросовое самоходное<br />
устройство. Угол прогиба, когда человек массой 100 кг находится на середине<br />
троса, равен 8˚. Крепление троса на краю обрыва может выдержать силу 2 кН. Есть<br />
ли опасность несчастного случая<br />
Задача № 3<br />
При проведении спасательных работ с помощью вертолёта человек находится<br />
на верёвке, которая может выдержать силу натяжения Т = 1500 Н. Длина верёвка за<br />
бортом вертолёта фиксирована. С каким наибольшим ускорением может подниматься<br />
вертолёт вверх, чтобы не было опасности обрыва Массу верёвки не учитывать.<br />
Ускорение считать постоянным, масса человека 100 кг.<br />
Задача № 4<br />
Определить высоту, с которой прыжок человека на твёрдое покрытие представляет<br />
опасность для его здоровья. Рассмотрим случаи:<br />
а) человек приземлился на обе ноги твёрдо, не сгибая колени. Считать, что при<br />
этом тело до остановки проходит путь h1 = 1 см, а перелом самой уязвимой костиголени<br />
происходит при перегрузке n = 130;<br />
б) человек при приземлении сгибает колени так, что тело до остановки проходит<br />
путь h2 = 60 см. Считать, что при таком приземлении сухожилия и связки вне<br />
костей ног выдерживают 5% от силы, которая ломает голень.<br />
Задача № 5<br />
Пуля из охотничьего ружья массой m1 = 33 г. со скоростью v = 300 м/с попадает<br />
в человека, защищённого бронежилетом из защитной ткани "Кевлар", выдерживающий<br />
нагрузку Р0 = 4·109 Па. Бронежилет прогибается под действием пули на<br />
х = 2 см. Есть ли опасность того, что бронежилет будет пробит пулею Какую скорость<br />
приобретает человек в результате попадания в него этой пули Считать, что<br />
площадь поперечного сечения пули S = 2 см2. Масса человека m2 = 66 кг. (рис.).<br />
Задача № 6<br />
При тушении пожара струя воды площадью поперечного сечения 100 см2 со<br />
скоростью 10 м/с перпендикулярно падает на стену. Вычислить силу действия воды.<br />
Задача № 7.<br />
Маховик (однородный диск), момент инерции которого I = 50 кг м2 вращается<br />
с угловой скоростью ω = 30 c-1. Найти момент сил торможения, под действием которого<br />
маховик останавливается за t = 1 мин.<br />
Задача № 8.<br />
Логарифмический декремент затухания колебаний математического маятника<br />
равен θ = 0,1. Во сколько раз уменьшится амплитуда колебаний за десять полных<br />
колебаний <br />
22
Вариант № 10<br />
Задача № 1<br />
Человек, живущий на берегу реки, увидел пожар (рис.). Какое наименьшее время<br />
ему потребуется для того, чтобы добежать до реки, наполнить там ведро, а потом<br />
добраться до очага пожара Считать, человек бежит с постоянной скоростью v = 3<br />
м/с, время, необходимое для заполнения ведра, не учитывать.<br />
Задача № 2<br />
При поднятии балки угол между тросами (стропами) равен 900. Определить<br />
при этом силу натяжения строп, если груз массой 100 кг, движется вверх равномерно.<br />
Задача № 3<br />
Автомобиль со скоростью 36 км/ч вследствие дорожно-транспортного происшествия<br />
выехал с дороги на ледяную поверхность озера, перпендикулярную берегу<br />
(рис.). На расстоянии S = 40 м. льда нет. Определить тормозной путь автомобиля до<br />
остановки, если коэффициент трения блокированных колёс о лёд К = 0,1. Есть ли<br />
опасность падения в воду<br />
Задача № 4<br />
Определить наибольшую высоту, с которой безопасно может прыгать человек<br />
на спасательную подушку, если она может проминаться до 2 м. Считать, что наибольшая<br />
безопасная перегрузка при торможении n0 = 20 (рис.).<br />
Задача № 5<br />
Какой наименьшей прочностью должен обладать бронежилет, чтобы защитить<br />
человека от осколков возможного взрыва Считать, что осколки имеют массу m = 10<br />
г, а скорость v = 100 м/с. Площадь соприкосновения осколка с бронежилетом<br />
S = 0,25 см 2 . Бронежилет при попадании осколка прогибается на х = 3 см.<br />
Задача № 6<br />
Вертикальная перегородка в доме может выдержать горизонтально направленное<br />
воздействие до 103 Н. При какой наименьшей скорости струи воды, если площадь<br />
её поперечного сечения 100 см2 ,возможно разрушение перегородки Считать,<br />
что вода подаётся на поверхность перегородки перпендикулярно.<br />
Задача № 7.<br />
Однородный вал радиусом R = 5 см и массой m = 30 кг начинает вращаться вокруг<br />
геометрической оси. Угловая скорость вала изменяется по закону ω = А +В ,<br />
где В = 5 . Трение не учитывать. Определить величину касательной силы через<br />
t = 10 с после начала вращения<br />
Задача № 8<br />
Выдвижную лестницу раскачивает ветер. Смещение верхней точки изменяется<br />
по закону х = А sinωt. Амплитуда колебаний равна A = 0,5 м, период колебаний равен<br />
T = 3 с. Вычислить наибольшее значение ускорения верхней точки.<br />
23