Примеры решения задач. С поверхности Земли вертикально вверх пущена ракета со скоростью 5 км/с

Задача 4.

С поверхности Земли вертикально вверх пущена ракета со скоростью 5 км/с. На какую высоту она поднимется?

Решение

На ракету действует сила притяжения Земли, которая по закону всемирного тяготения равна:

,

где m – масса ракеты, М_З – масса Земли, r=R_Земли+h – расстояние до центра Земли. Элементарная работа против силы тяжести при перемещении ракеты вверх на dr равна: dA=Fdr; полная работа при перемещении ракеты от поверхности Земли до высоты h рассчитывается интегрированием:

.

По закону сохранения энергии кинетическая энергия, которой обладала ракета на Земле, будет израсходована на работу против силы притяжения: . Тогда получим уравнение:

.

После сокращения на m и подстановки r=R_Земли+h получим выражение для высоты:

.

Здесь учтено, что - ускорение свободного падения на поверхности Земли.

Ответ: h =1.59 км.

61. Молекула массой 4.65^.10^{-23 кг, летящая со скоростью 600 м/с, ударяется о стенку сосуда под углом 60 градусов к нормали и под таким же углом упруго отскакивает от нее. Найти импульс силы, полученный стенкой за время удара.}

62. Камень, пущенный по поверхности льда со скоростью 2 м/с, прошел до полной остановки расстояние 20.4 м. Найти коэффициент трения камня по льду.

63. Человек массой 60 кг, бегущий со скоростью 8 км/ч, догоняет тележку массой 80 кг, движущуюся со скоростью 2.9 км/ч, и вскакивает на нее. С какой скоростью будет двигаться тележка? С какой скоростью будет двигаться тележка, если человек бежал ей навстречу?

64. Граната, летящая со скоростью 10 м/с, разорвалась на два осколка. Больший осколок, масса которого составляла 60% массы всей гранаты, продолжал двигаться в прежнем направлении, но с увеличенной скоростью, равной 25 м/с. Найти скорость меньшего осколка.

65. Два шара подвешены на параллельных нитях одинаковой длины так, что они соприкасаются. Масса первого шара 0.2 кг, второго 0.1 кг. Первый шар отклоняют так, что его центр тяжести поднимается на высоту 4.5 см, и отпускают. На какую высоту поднимутся шары после соударения, если удар упругий? Неупругий?

66. На железнодорожной платформе установлено орудие. Масса платформы с орудием 15 тонн. Орудие стреляет под углом 60⁰ к горизонту в направлении движения. Какую скорость приобретет платформа вследствие отдачи, если масса снаряда 20 кг, а его скорость 600 м/с?

67. Какую наименьшую скорость нужно сообщить ракете, чтобы она поднялась над Землей на высоту, равную радиусу земного шара?

68. Камень шлифовального станка имеет на рабочей поверхности скорость 30 м/с. Обрабатываемая деталь прижимается к камню с силой 100 Н, коэффициент трения 0.2. Какая мощность затрачивается на шлифовку?

69. Пуля массой 10 г, летящая с горизонтальной скоростью 400 м/с, попадает в мешок с ватой массой 4 кг, висящий на длинной нити. Определить, на какую высоту поднимется мешок, если пуля застрянет в нем, и долю кинетической энергии, которая будет израсходована на пробивание ваты.

70. Шар массой 10 кг сталкивается с шаром массой 4 кг. Скорость первого шара 4 м/с, второго – 12 м/с. Найти общую скорость шаров после удара в двух случаях: 1) когда малый шар догоняет большой шар, движущийся в том же направлении; 2) когда шары движутся навстречу друг другу. Удар прямой, центральный, абсолютно неупругий.

71. Налетев на пружинный буфер, вагон массой 16 т, двигавшийся со скоростью 0.6 м/с, остановился, сжав пружину буфера на 8 см. Найти жесткость пружины.

72. Определить работу растяжения двух соединенных последовательно пружин с жесткостями 400 Н/м и 250 Н/м, если первая пружина при этом растянулась на 2 см.

73. Если на верхний конец вертикально расположенной пружины положить груз, то она сожмется на 3 мм. На сколько сожмет пружину тот же груз, упавший на верхний конец пружины с высоты 8 см?

74. Пружину жесткостью 800 Н/м, сжатую на 6 см, растягивают на 8 см от первоначального сжатого состояния. Какая при этом совершается работа?

75. Молот массой 5 кг ударяет по небольшому куску железа, лежащему на наковальне. Масса наковальни 100 кг. Удар абсолютно неупругий. Определить КПД удара молота при данных условиях. Массой куска железа пренебречь.

76. Искусственный спутник Земли движется по круговой орбите в плоскости экватора с запада на восток. На какой высоте над поверхностью должен находиться спутник, чтобы быть неподвижным относительно земного наблюдателя?

77. На экваторе некоторой планеты тела весят вдвое меньше, чем на полюсе. Плотность вещества планеты 3000 кг/м³. Найти период обращения планеты вокруг своей оси.

78. Тело, масса которого равна 1 кг, вблизи экватора весит 9.78 Н. Принимая экваториальный радиус Земли равным 6378 км, определите силу притяжения этого тела Землей. Каков был бы вес тела массой 1 кг на экваторе, если бы Земля вращалась в 10 раз быстрее?

79. Тело массой 0.5 кг движется прямолинейно, причем координата изменяется по закону x=A–Bt+5t²–t³ (время – в секундах, координата – в метрах). Найти силу, действующую на тело в конце первой секунды движения.

80. Брусок массой 200 г движется по горизонтальному столу под действием силы натяжения привязанной к ней нити. Нить перекинута через прикрепленный к столу блок и привязана к другому, падающему бруску массой 300 г. Определить силу натяжения нити, если коэффициент трения равен 0.25. Масса блока ничтожно мала. Как изменится ответ, если бруски поменять местами? Определить силу, действующую на ось блока в обоих случаях.

81. При выстреле из винтовки сила давления расширяющихся газов производит работу 13.3 кДж, продолжительность выстрела 1.47 мс. Пуля массой 9.6 г вылетает со скоростью 880 м/с. Определите полную и полезную мощности выстрела.

82. Лодка неподвижно стоит на озере. На корме и на носу лодки на расстоянии 2 м друг от друга сидят два рыболова. Масса лодки 140 кг, массы рыболовов 70 кг и 40 кг. Рыболовы меняются местами. Как перемещается при этом лодка?

83. # Невесомый блок укреплен на вершине двух наклонных плоскостей, составляющих с горизонтом углы 30 и 45 градусов. Бруски одинаковой массы 1 кг соединены нитью, перекинутой через блок. Найти ускорение брусков и натяжение нити, если коэффициент трения брусков о плоскости 0.1.

84. # Стальной шарик массой 20 г, падая с высоты 1 м на стальную плиту, отскакивает от нее на высоту 81 см. Найти импульс силы, полученный плитой за время удара, и количество теплоты, выделившейся при ударе.

85. # Какую работу нужно выполнить для того, чтобы равномерно передвинуть по полу ящик массой 50 кг на 4.5 м, нажимая на него руками под углом 30 градусов к горизонту? Коэффициент трения 0.2.

86. # Пуля массой 9 г, летящая со скоростью 500 м/с, попадает в доску, установленную перпендикулярно направлению полета пули, и углубляется в нее на 6 см. Определить среднюю силу сопротивления доски движению пули.

87. # При выстреле из пружинного пистолета вертикально вверх пуля массой 20 г поднялась на высоту 5 м. Определить жесткость пружины пистолета, если она была сжата на 10 см. Массой пружины пренебречь.

88. # В лодке массой 240 кг стоит человек массой 60 кг. Лодка плывет со скоростью 2 м/с. Человек прыгает с лодки в горизонтальном направлении со скоростью 4 м/с относительно лодки. Найти скорость движения лодки после прыжка человека в двух случаях: 1) человек прыгает вперед по движению лодки; 2) человек прыгает в сторону, противоположную движению лодки.

89. # Две пружины жесткостью 0.5 кН/м и 1 кН/м скреплены параллельно. Определить потенциальную энергию данной системы при абсолютной деформации 4 см. Решить ту же задачу для последовательно соединенных пружин.

90. # Самолет массой 2 тонны летит на высоте 500 м со скоростью 80 м/с. Летчик выключает двигатель, и самолет в планирующем полете достигает поверхности земли, касаясь ее со скоростью 40 м/с. Определить работу сил сопротивления во время спуска самолета.

Дата добавления: 2015-07-20