Законы Сохранения — Задание 5 ЕГЭ по физике №00005476
Законы Сохранения
№2. Задание 5
ID: 00005476
Небольшой брусок массой m = 50 г соскальзывает с высоты H = 60 см по наклонной плоскости, плавно переходящей в кольцевой жёлоб (см. рисунок). Радиус кольца R = 20 см, его плоскость вертикальна. Начальная скорость бруска равна нулю, трение отсутствует. Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения, описывающие данное движение тела. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) Кинетическая энергия бруска в нижней точке кольца равна 0,3 Дж.
2) Брусок оторвётся от поверхности жёлоба, не добравшись до самой верхней точки кольца.
3) Сила давления, действующая на брусок в самой верхней точке кольца, равна по модулю 0,5 Н.
4) Сила давления, действующая на брусок в самой нижней точке кольца, равна по модулю 3 Н.
5) Кинетическая энергия бруска в самой нижней точке кольца равна 0,1 Дж.
Источник: ФИПИ
Решение
Дано:
$m = 0{,}05\text{ кг}$, $h = 0{,}6\text{ м}$, $R = 0{,}2\text{ м}$, $v_0 = 0$, трение отсутствует.Найти:
верные утверждения.Решение:
Обозначим нулевой уровень потенциальной энергии на уровне нижней точки кольца. Применим закон сохранения механической энергии между начальной точкой (1) и нижней точкой (2): $$E_1 = E_2 \Rightarrow mgh = E_k^{(2)}$$ $$E_k^{(2)} = 0{,}05 \cdot 10 \cdot 0{,}6 = 0{,}3\text{ Дж}$$ Утверждение 1 верно. Проверим, оторвётся ли брусок в верхней точке кольца (3). Высота верхней точки $H = 2R = 0{,}4\text{ м}$ над нижней точкой. Из закона сохранения энергии: $$E_k^{(2)} = mgH + \frac{mv_3^2}{2} \Rightarrow 0{,}3 = 0{,}05 \cdot 10 \cdot 0{,}4 + \frac{0{,}05 \cdot v_3^2}{2}$$ $$v_3^2 = \frac{2(0{,}3 - 0{,}2)}{0{,}05} = 4\text{ м}^2/\text{с}^2, \quad v_3 = 2\text{ м/с}$$ Минимальная скорость для не-отрыва: $v_{\min} = \sqrt{gR} = \sqrt{10 \cdot 0{,}2} \approx 1{,}41\text{ м/с}$. Поскольку $v_3 = 2 \gt 1{,}41$, брусок не отрывается — утверждение 2 неверно. Сила нормальной реакции в верхней точке: $$N + mg = \frac{mv_3^2}{R} \Rightarrow N = m\!\left(\frac{v_3^2}{R} - g\right) = 0{,}05\!\left(\frac{4}{0{,}2} - 10\right) = 0{,}05 \cdot 10 = 0{,}5\text{ Н}$$ Утверждение 3 верно. Скорость в нижней точке: $v_2 = \sqrt{2E_k/m} = \sqrt{12} \approx 3{,}46\text{ м/с}$. Реакция в нижней точке: $$N' = m\!\left(g + \frac{v_2^2}{R}\right) = 0{,}05\!\left(10 + \frac{12}{0{,}2}\right) = 0{,}05 \cdot 70 = 3{,}5\text{ Н}$$ Утверждение 4 неверно (3,5 Н, а не 3 Н).Ответ
Видеоразбор
Другие задания по теме «Законы Сохранения» (8)
- Задание 5 №00042883 — Свинцовый брусок массой m индекс 1 равно 500 г покоится на гладкой…
- Задание 5 №00042882 — Деревянный брусок массой m индекс 1 равно 1000 г находится в покое на гладкой…
- Задание 5 №00042881 — У основания наклоненной под углом к горизонту гладкой поверхности покоится…
- Задание 5 №00042880 — Радиоуправляемый автомобиль m индекс 1 равно 8 кг въезжает в коридор со…
- Задание 5 №00042879 — На дне гладкого желоба покоится брусок массой m индекс 2 равно 6 кг. С края…
- Задание 5 №00042871 — На тонкой нити длиной l равно 50 см подвешен железный шарик массой m индекс 1…
- Задание 5 №00042870 — Петя кидает шарик под углом альфа равно 30 в степени ° к горизонту со скоростью…
- Задание 5 №00042869 — Тело массой 100 г брошено с горизонтальной площадки под углом к горизонту.…