Комбинированная расчётная задача (высокий уровень) · 90 заданий
- Задание №22№22
Сжигая 40 г керосина, воду массой 2,5 кг нагревают от 20 °С до 100 °С и частично переводят в пар. Сколько воды превратилось в пар, если при сгорании к…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Сжигая 80 г бензина, воду массой 5 кг нагревают от 20 °С до 100 °С и частично переводят в пар. Сколько воды превратилось в пар, если при сгорании бенз…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Электродвигатель постоянного тока работает при напряжении 220 В и силе тока, равной 40 А. Полезная мощность двигателя равна 6,5 кВт. Чему равен КПД эл…
Работа и мощность электрического тока
- Задание №22№22
Определите напряжение на концах реостата, если мощность, потребляемая реостатом, равна 30 Вт. Реостат изготовлен из никелиновой проволоки длиной 6 м и…
Электрическое сопротивление
- Задание №22№22
В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущена спираль сопротивлением 2 Ом, подключённая к источнику тока напряжением 15 В. За какое…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Конькобежец массой 60 кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении предмет массой 1 кг со скоростью 24 м/с и откатывается на 40 с…
Сила трения
- Задание №22№22
В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущен электрический нагреватель мощностью 12,5 Вт. За какое время калориметр с водой нагреет…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Металлический шар массой m 1 = 2 кг упал на свинцовую пластину массой m 2 = 1 кг и остановился. При этом пластина нагрелась на 3,2 °С. С какой высоты…
Закон сохранения энергии
- Задание №22№22
Гиря падает на землю, ударяется о препятствие и нагревается от 30 °С до 100 °С. Чему была равна скорость гири перед ударом? Считать, что всё количеств…
Кинетическая и потенциальная энергия
- Задание №22№22
Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения 2,2 кг воды, начальная температура которой равна 10 ° С. Сила тока в нагревателе равна 7 А, КПД…
Количество теплоты. Теплоёмкость
- Задание №22№22
Высота плотины гидроэлектростанции (ГЭС) составляет 20 м, КПД ГЭС равен 90%. Сколько часов может светить лампа мощностью 40 Вт при прохождении через п…
Кинетическая и потенциальная энергия
- Задание №22№22
Имеются два одинаковых электрических нагревателя мощностью 600 Вт каждый. Сколько воды можно нагреть на 30 °С за 14 мин., если нагреватели включены по…
Количество теплоты. Теплоёмкость
Конькобежец массой 60 кг, стоя на коньках на льду, бросает
в горизонтальном направлении предмет массой 1 кг со скоростью 24 см
и откатывается на 40 см. Найдите коэффициент трения коньков о лёд.
Решение
Решение.
Данная задача разбивается на два этапа: взаимодействие конькобежца с предметом (закон сохранения импульса) и последующее движение конькобежца под действием силы трения (закон сохранения энергии или кинематика с динамикой).
Дано:
M=60 кг — масса конькобежца
m=1 кг — масса предмета
v=24 м/с — скорость предмета
S=40 см =0,4 м — путь отката конькобежца
g=10 м/с2 — ускорение свободного падения
V0=0 м/с — начальная скорость системы
Vfinal=0 м/с — конечная скорость конькобежца
Найти:
μ — ?
1. Применим закон сохранения импульса.
В момент броска система «конькобежец + предмет» замкнута в горизонтальном направлении (внешние силы трения пренебрежимо малы за время броска). До броска система покоилась, значит, суммарный импульс равен нулю. После броска предмет летит в одну сторону, а конькобежец откатывается в противоположную.
В проекции на направление движения предмета:
0=m⋅v−M⋅V,
где V — скорость, которую приобрел конькобежец сразу после броска.
Отсюда выразим скорость конькобежца:
V=Mm⋅v.
2. Рассмотрим движение конькобежца после броска.
На конькобежца действует сила трения Fтр=μ⋅N=μ⋅M⋅g.
Согласно теореме об изменении кинетической энергии, работа силы трения равна изменению кинетической энергии конькобежца:
Aтр=ΔEk,
−Fтр⋅S=0−2M⋅V2,
μ⋅M⋅g⋅S=2M⋅V2.
Сократим на массу M и выразим коэффициент трения:
μ=2⋅g⋅SV2.
3. Выведем итоговую формулу.
Подставим выражение для V из первого пункта в формулу для μ:
μ=2⋅g⋅S(Mm⋅v)2=2⋅g⋅S⋅M2m2⋅v2.
4. Произведем расчеты.
μ=2⋅10⋅0,4⋅60212⋅242=8⋅3600576=28800576=0,02.
Проверим размерность:
[μ]=м/с2⋅м⋅кг2кг2⋅(м/с)2=м2/с2м2/с2=1 (безразмерная величина, что соответствует физическому смыслу коэффициента трения).
Ответ: μ=0,02
Источник: ФИПИ