The solution at revision #15319 of , by emixter. This is not the current version.

Условие

1.2.18. По графику зависимости скорости от времени постройте графики зависимости от времени координаты и ускорения, если .

К задаче $1.2.18$
К задаче

Решение

Сначала задачу решим качественно, а потом количественно.

Проанализируем график скорости. С точностью до моего зрения, начало движения произошло в момент , а завершилось в момент . Максимальная скорость максм была достигнута в момент . График имеет симметричную колоколообразную форму.

Ускорение это производная от скорости. Геометрически ускорение это тангенс угла наклона касательной к графику скорости в данный момент времени. В начале скорость возрастает и тангенс угла наклона также увеличивается, а значит и ускорение. Приблизительно в момент тангенс угла наклона достигает своего максимума. Он приблизительно соответствует углу в , тангенс этого угла (ускорение) приблизительно равен 1,73 мс. После этого приращение скорости начинает снижаться, а значит ускорение уменьшается. В момент, когда скорость достигает максимального значения, ускорение становится равным 0. Это происходит в момент . Потом скорость начинает снижаться, ускорение становится отрицательным. Из-за симметрии графика скорости, так же симметрично будет вести себя график ускорения. В отрицательном диапазоне ускорение будет уменьшаться, пока в момент не достигнет минимального значения, равного -1,73 мс. Дальше ускорение начнёт увеличиваться, пока не достигнет в момент окончания движения нулевого значения.

Итак, график ускорения будет «волнообразным» и менять знак там, где скорость достигает максимума.

Координата это интеграл от функции скорости. Геометрически координата это площадь под графиком скорости. Скорость в нашем интервале везде положительная, значит координата всё время возрастает и по условию задачи проходит через точку . В начале рост медленный (маленькая скорость), затем быстрее (пик скорости), потом снова замедление.

Итак, график координаты будет монотонно возрастающей S-образной кривой: сначала вогнутой вниз, потом перегиб в момент максимальной скорости, потом вогнутой вверх.

Теперь решим задачу количественно.

В общем виде график скорости можно аппроксимировать следующей функцией:

максмакс

где максм - максимум скорости; макс - момент времени, когда достигается максимальная скорость; кнс - полуоснование "колокола".

Подставив числа, получим:

Ускорение:

Координата:

Константу интегрирования найдём из условия :

Окончательно, выражение для координаты:

Графики ускорения (синий), скорости (жёлтый) и координаты (красный):

Ответ