Динамика — Задание 22 ЕГЭ по физике №00017483
Динамика
№2. Задание 22
ID: 00017483
Скоростной электропоезд «Невский экспресс» ехал из Санкт-Петербурга в Москву по прямому горизонтальному пути со скоростью $\upsilon = 180$ км/ч. Пассажир поезда повесил перед собой отвес и стал следить за его поведением. В некоторый момент поезд начал тормозить с постоянным ускорением, чтобы остановиться в Бологом. В начале торможения отвес отклонился на некоторый максимальный угол $\alpha$, а дальше колебался с медленно уменьшающейся амплитудой вплоть до остановки поезда. Каков был угол $\alpha$, если расстояние до остановочного пункта в момент начала торможения составляло $2{,}5$ км?
Источник: ФИПИ
Решение
Дано
$\upsilon=180$ км/ч $=50$ м/с; путь до остановки $L=2{,}5$ км $=2500$ м; $g=10$ м/с$^2$. Найти максимальный угол отклонения отвеса $\alpha$.
Идея
Та же физика, что и в задаче про «Сапсан». При равномерном торможении равновесие отвеса наклонено на угол $\beta$ ($\tan\beta=a/g$), а отвес, начав из вертикали, качается вокруг этого равновесия и отклоняется максимум вдвое сильнее: $\alpha=2\beta$.
Ускорение торможения
Из $\upsilon^2=2aL$: $$a=\frac{\upsilon^2}{2L}=\frac{50^2}{2\cdot 2500}=0{,}5\ \text{м/с}^2.$$
Максимальный угол
$$\tan\beta=\frac{a}{g}=\frac{0{,}5}{10}=0{,}05\ \Rightarrow\ \beta\approx 2{,}86^\circ,\qquad \alpha=2\beta\approx 5{,}7^\circ.$$
Снова важен множитель 2: максимальное отклонение вдвое больше угла равновесия.
Ответ
α ≈ 5,7°
Другие задания по теме «Динамика» (8)
- Задание 22 №00043155 — Два груза, связанных нерастяжимой и невесомой нитью, движутся по гладкой…
- Задание 22 №00041311 — С какой силой нужно действовать на тело массой 10 кг, чтобы оно двигалось…
- Задание 22 №00041194 — Телу толчком сообщили скорость, направленную вверх вдоль наклонной плоскости.…
- Задание 22 №00041193 — Тело помещают один раз на наклонную плоскость с углом наклона 30°, а второй раз…
- Задание 22 №00041192 — Брусок массой M равно 300 г соединён с грузом массой m равно 200 г невесомой и…
- Задание 22 №00041191 — Брусок массой M равно 4 кг находится на гладкой горизонтальной поверхности, по…
- Задание 22 №00041155 — На доску массой M равно 15 кг, лежащую на гладкой поверхности, положили брусок…
- Задание 22 №00041154 — Искусственный спутник обращается со скоростью V равно 3,4 км/с по круговой…