Вопрос задан 30.01.2025 в 15:56. Предмет Физика. Спрашивает Куксик Иван.

Мяч бросают под углом α к горизонту с одного края ямы на другой, который ниже на величину h. Ширина ямы – l. С какой минимальной начальной скоростью v0 надо бросить мяч, чтобы перебросить яму? Ускорение свободного падения g Сопротивлением воздуха пренебречь.


Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Никитенков Никита.

Для решения этой задачи воспользуемся законами движения в системе координат. Пусть мяч бросают с начальной скоростью v0v_0 под углом α\alpha к горизонту с одного края ямы на другой, который находится ниже на высоту hh. Ширина ямы равна ll. Нам нужно найти минимальную начальную скорость v0v_0, при которой мяч пересечет яму.

Разобьем задачу на составляющие движения в горизонтальном и вертикальном направлениях.

1. Горизонтальная составляющая движения

Так как сопротивлением воздуха пренебрегаем, то горизонтальная скорость не изменяется. Горизонтальная компонента начальной скорости равна:

v0x=v0cos⁡αv_{0x} = v_0 \cos \alpha

Тогда для пересечения ямы на расстояние ll необходимо, чтобы за время tt мяч преодолел расстояние ll:

l=v0xt=v0cos⁡α⋅tl = v_{0x} t = v_0 \cos \alpha \cdot t

Отсюда выразим время полета tt:

t=lv0cos⁡αt = \frac{l}{v_0 \cos \alpha}

2. Вертикальная составляющая движения

Вертикальная компонента начальной скорости:

v0y=v0sin⁡αv_{0y} = v_0 \sin \alpha

Перемещение в вертикальном направлении (с учетом того, что конечная точка ниже на hh) определяется уравнением:

y=v0yt−12gt2y = v_{0y} t - \frac{1}{2} g t^2

Так как конечная высота относительно начальной равна −h-h, то:

−h=v0sin⁡α⋅t−12gt2-h = v_0 \sin \alpha \cdot t - \frac{1}{2} g t^2

Подставим сюда t=lv0cos⁡αt = \frac{l}{v_0 \cos \alpha}:

−h=v0sin⁡α⋅lv0cos⁡α−12g(lv0cos⁡α)2-h = v_0 \sin \alpha \cdot \frac{l}{v_0 \cos \alpha} - \frac{1}{2} g \left( \frac{l}{v_0 \cos \alpha} \right)^2

Упростим выражение:

−h=ltan⁡α−gl22v02cos⁡2α-h = l \tan \alpha - \frac{g l^2}{2 v_0^2 \cos^2 \alpha}

3. Выражение для начальной скорости

Теперь выразим начальную скорость v0v_0 из этого уравнения. Переносим ltan⁡αl \tan \alpha в левую часть:

ltan⁡α+h=gl22v02cos⁡2αl \tan \alpha + h = \frac{g l^2}{2 v_0^2 \cos^2 \alpha}

Далее выразим v02v_0^2:

v02=gl22(ltan⁡α+h)cos⁡2αv_0^2 = \frac{g l^2}{2 (l \tan \alpha + h) \cos^2 \alpha}

И, наконец, находим v0v_0:

v0=gl22(ltan⁡α+h)cos⁡2αv_0 = \sqrt{\frac{g l^2}{2 (l \tan \alpha + h) \cos^2 \alpha}}

Ответ

Минимальная начальная скорость v0v_0, с которой нужно бросить мяч, чтобы он пересек яму, равна:

v0=gl22(ltan⁡α+h)cos⁡2αv_0 = \sqrt{\frac{g l^2}{2 (l \tan \alpha + h) \cos^2 \alpha}}

Эта формула учитывает угол броска, ширину ямы, разницу в высоте и ускорение свободного падения.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос