Edits to “Условие”, “Доказательство”, “Ответ”

Shrodinger_cat edited
revision #13113 parent #13112 ← older
@@ -1,44 +1,52 @@
### Условие
−$4.2.16.$ [Вставьте описание задачи]
+$4.2.16^*.$ Докажите, что сила, с которой прижимаются половины плавающего батискафа друг к другу, не зависит от наклона плоскости соприкосновения
+полусфер батискафа, если он полностью погружен в воду.
+![К задаче $4.2.16$|414x298, 50%](../../img/4.2.16/2025-02-06_23-18-36.png)
−__Пример условия__:
−$1.1.1.$ Определите координату $x(t)$ тела как функцию времени $t$, если его ускорение задано как $a(t) = bt$, где $b$ - константа.
+### Доказательство
−### Решение
+Для начала рассмотрим случай, когда плоскость соприкосновения полусфер параллельна поверхности воды.
−[Здесь должно быть ваше решение]
−__Пример решения__:
−Ускорение тела задано как
+![|454x237, 50%](../../img/4.2.16/shar.png)
−$$a(t) = bt$$
+Нам будет нужна вертикальная проекция силы, которая действует на поверхность сферы:
+$$
+dF = dF'sin\alpha \space\space\space(1)
+$$
−Мы знаем, что ускорение - это производная скорости по времени:
+Рассмотрим силу давления на участке $dS$:
+$$
+dF' = p(h)dS \space\space\space(2)
+$$
+На небольшом участке сверы мы можем увидеть цилиндр, нам нужно найти площадь его поверхности:
+$$
+dS = 2\pi{}Rcos\alpha{}d\alpha \space\space\space(3)
+$$
+Найдём $p(h)$:
+$$
+p(h) = \rho{}g(H+R(1-sin\alpha)) \space\space\space(4)
+$$
−$$a(t) = \frac{d v(t)}{d t}$$
+Подставим выражения $2$, $3$ и $4$ в $1$ и проинтегрируем правую часть от $-\frac{\pi}{2}$ до $\frac{\pi}{2}$:
+$$
+F_1 = 2\pi{}R^2\rho{}g\int{(H+R(1-sin\alpha))sin\alpha{}\space{}cos\alpha{}d\alpha} = -\frac{4}{3}R^3\pi{}\rho{}g \space\space\space(5)
+$$
+Теперь повернём сверу на угол $\varphi$
+![|454x237, 50%](../../img/4.2.16/quant.png)
−Чтобы найти скорость $v(t)$, интегрируем $a(t)$ по времени:
+Проведя аналогичные рассуждения, мы прийдём к интегралу с пределами интнгрирования от $-\frac{\pi}{2}-\varphi$ до $\frac{\pi}{2}-\varphi$:
+$$
+F_2 = 2\pi{}R^2\rho{}g\int{(H+R(1-sin(\alpha{}+\varphi{}))sin(\alpha{}+\varphi{})\space{}cos(\alpha{}+\varphi{})d\alpha} = -\frac{4}{3}R^3\pi{}\rho{}g \space\space\space(6)
+$$
−$$v(t) = \int a(t) \, dt = \int b t \, dt$$
+Видим, что выражения $(5)$ и $(6)$ равны.
−Если начальная скорость $v(0) = 0$, то скорость становится:
+Что и требовалось доказать.
−$$v(t) = \frac{b t^2}{2}$$
−
−Аналогично, интегрируем $v(t)$ по времени:
−
−$$x(t)= \int v(t) \, dt = \frac{b}{2} \int t^2 \, dt$$
−
−Откуда координата от времени, учитывая начальные условия:
−
−$$\boxed{x(t)=\frac{bt^3}{6}}$$
−
#### Ответ
−[Вставьте краткий ответ или результат в рамке, например:]
−
−
−__Пример ответа__:
−$$ x(t)=\frac{bt^3}{6} $$
+Сила, с которой прижимаются половины плавающего батискафа друг к другу, не зависит от наклона плоскости соприкосновения
+полусфер батискафа, если он полностью погружен в воду.