ID: 00015209
После удара шайба начала скользить вверх по шероховатой наклонной плоскости с начальной скоростью $v_0$, как показано на рисунке, и после остановки соскользнула обратно. Выберите из предложенного перечня все утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений, и укажите их номера.
1) Время движения шайбы вверх равно времени движения вниз.
2) Модуль максимальной скорости шайбы при движении вниз меньше $v_0$.
3) При движении вверх и вниз работа силы трения шайбы о плоскость одинакова.
4) Изменение потенциальной энергии шайбы при движении до верхней точки равно кинетической энергии шайбы сразу после удара.
5) Модуль ускорения шайбы при движении вверх меньше, чем модуль ускорения при движении вниз.
Источник: ФИПИ
На наклонной плоскости вдоль неё действуют две силы: скатывающая составляющая тяжести $mg\sin\alpha$ и трение $\mu mg\cos\alpha$. При движении вверх обе тормозят шайбу, поэтому замедление большое; при движении вниз трение направлено вверх и «вычитается» из тяжести, поэтому ускорение маленькое. Из-за трения часть энергии теряется, и вниз шайба возвращается медленнее.
Вверх: $a_{\uparrow}=g(\sin\alpha+\mu\cos\alpha)$. Вниз: $a_{\downarrow}=g(\sin\alpha-\mu\cos\alpha)$. Видно, что $a_{\uparrow}\gt a_{\downarrow}$.
1) Расстояние вверх и вниз одно и то же, но вниз ускорение меньше, значит, время вниз больше времени вверх. Равенства нет — неверно.
2) Часть кинетической энергии «съедает» трение (туда и обратно), поэтому к подножию шайба приходит со скоростью меньше $v_0$. Верно.
3) Сила трения по модулю одинакова ($\mu mg\cos\alpha$), путь вверх и вниз один и тот же, значит, и модуль работы трения одинаков. Верно.
4) Сразу после удара кинетическая энергия идёт и на подъём (рост потенциальной энергии), и на работу против трения. Поэтому $\Delta E_p \lt E_{k}$, равенства нет — неверно.
5) Мы показали $a_{\uparrow}\gt a_{\downarrow}$, то есть ускорение вверх больше, а не меньше — неверно.