The solution at revision #22270 of , by igor. This is not the current version.

Условие

2.1.45∗. На плоскости, тангенс угла наклона которой равен коэффициенту трения, лежит монета. В горизонтальном направлении вдоль плоскости монете сообщили скорость . Найдите установившуюся скорость монеты.

Решение

 Силы действующие на тело
Силы действующие на тело

Проектируем на :

 Проетируем на $OY$
Проетируем на

Из рисунка, найдем силу реакции опоры:

По Закону Амонтона — Кулона:

тр

Т.к. (по условию):

тр

тр

Перерисуем в плоскости В начальный момент :

 Рисунок в плоскости $xOy$
Рисунок в плоскости

В конечный момент :

 Силы действующие на тело в конечный момент
Силы действующие на тело в конечный момент

Рассмотрим, произвольный момент:

 Силы действующие на тело в произвольный момент
Силы действующие на тело в произвольный момент

Заметим, что меняется от до :

Запишем второй закон Ньютона:

Решаем систему дифференциальных уравнений:

Разделим на :

Интегрируем обе части уравнения:

Подставляем и в :

Альтернативное решение

Альтернативное решение

Векторный метод. Прямое решение математически сложное, поэтому предполагаем сделать вычисление через инвариант, который нужно найти.

Второй закон Ньютона в плоскости движения (силы и составляющие, перепендикулярные плоскости компенсируются, так что их действие можно убрать)

где есть силы трения (лежит полностью в плоскости), есть составляющая силы тяжести вдоль плоскости.

Заметим по условию

где есть угол наклона плоскости к горизонту, и

Так что второй закон становится

где есть единичный вектор на направление скорости, есть единичный вектор на направление вектора .

Симметрия двух сил, инвариант может быть связан с симметричными частями .

Сдеалем преобразование, связанное с частью , как домножение на вектор (проецирование на направление скорости)

Посмотрим на аналогичное преобразование, связанное с частью , как домножение на вектор (проецирование на направление )

Видно, что сложение двух предыдущих дает инвариант

в его определении для физики как величины, производная которой по времени ноль.

Инвариант есть

В начале эти проекции скорости равны и , то есть с одной стороны инвариант

В конце процесса (возможное устойчивое движение), поэтому инвариант

Из двух предыдущих

Ответ

.