Правка разделов «Условие», «Решение», «Ответ»
ru/2.4.29.md
+28 −3
| @@ -1,11 +1,36 @@ | |||
| ### Условие | |||
| − | $2.4.29.$ [Вставьте условие задачи] | ||
| + | $2.4.29.$ Предлагается наполнять вагоны поезда углем на ходу. Найдите дополнительную работу, совершаемую двигателем локомотива при засыпке угля массы $m$, если скорость поезда постоянна и равна $u$. Сравните эту работу с кинетической энергией, которую получил погруженный уголь. Почему эти величины оказываются различны? | ||
| ### Решение | |||
| − | апав | ||
| + | Уголь до погрузки покоился относительно земли, то есть его начальная скорость была $\upsilon_{0}=0$. После засыпки уголь приобретает скорость $u$, равную скорости поезда. Изменение импульса угля: | ||
| + | $$\Delta p=mu-0=mu$$ | ||
| + | |||
| + | Сила, приложенная к углю для его разгона, передается от вагона, а следовательно, и от локомотива. Это значит, что двигатель локомотива должен совершить дополнительную работу. | ||
| + | |||
| + | После засыпки уголь начинает двигаться со скоростью $u$, поэтому его кинетическая энергия становится: | ||
| + | |||
| + | $$E_{кин}=\frac{1}{2}mu^{2}$$ | ||
| + | |||
| + | Работа $A$, совершаемая локомотивом для разгона угля, выражается через силу и пройденный путь: | ||
| + | |||
| + | $$A=F \cdot s$$ | ||
| + | |||
| + | Используя второй закон Ньютона, запишем: | ||
| + | |||
| + | $$F=\frac{\Delta p}{\Delta t}=\frac{mu}{\Delta t}$$ | ||
| + | |||
| + | Так как путь, пройденный углем во время разгона, равен $s=u \cdot \Delta t$, работа локомотива: | ||
| + | |||
| + | $$A=F \cdot s=\left( \frac{mu}{\Delta t} \right) \cdot u \Delta t=mu^{2}$$ | ||
| + | |||
| + | Видно, что работа локомотива вдвое больше, чем кинетическая энергия угля. Дело в том, что при погрузке угля в системе присутствуют потери энергии, связанные с перераспределением импульса между камнями угля при падении в вагон, трением и неупругими ударами угля о вагон., то есть эта энергия идёт на увеличение внутренней энергии системы вагон-уголь. | ||
| + | |||
| + | |||
| #### Ответ | |||
| − | |||
| + | $A=mu^{2}$ | ||
| + | |||
| + | Половина работы идет на увеличение внутренней энергии. | ||
| @@ -1,11 +1,36 @@ | |||
| ### Условие | ### Условие | ||
| $2.4.29.$ [Вставьте условие задачи] | $2.4.29.$ Предлагается наполнять вагоны поезда углем на ходу. Найдите дополнительную работу, совершаемую двигателем локомотива при засыпке угля массы $m$, если скорость поезда постоянна и равна $u$. Сравните эту работу с кинетической энергией, которую получил погруженный уголь. Почему эти величины оказываются различны? | ||
| ### Решение | ### Решение | ||
| апав | Уголь до погрузки покоился относительно земли, то есть его начальная скорость была $\upsilon_{0}=0$. После засыпки уголь приобретает скорость $u$, равную скорости поезда. Изменение импульса угля: | ||
| $$\Delta p=mu-0=mu$$ | |||
| Сила, приложенная к углю для его разгона, передается от вагона, а следовательно, и от локомотива. Это значит, что двигатель локомотива должен совершить дополнительную работу. | |||
| После засыпки уголь начинает двигаться со скоростью $u$, поэтому его кинетическая энергия становится: | |||
| $$E_{кин}=\frac{1}{2}mu^{2}$$ | |||
| Работа $A$, совершаемая локомотивом для разгона угля, выражается через силу и пройденный путь: | |||
| $$A=F \cdot s$$ | |||
| Используя второй закон Ньютона, запишем: | |||
| $$F=\frac{\Delta p}{\Delta t}=\frac{mu}{\Delta t}$$ | |||
| Так как путь, пройденный углем во время разгона, равен $s=u \cdot \Delta t$, работа локомотива: | |||
| $$A=F \cdot s=\left( \frac{mu}{\Delta t} \right) \cdot u \Delta t=mu^{2}$$ | |||
| Видно, что работа локомотива вдвое больше, чем кинетическая энергия угля. Дело в том, что при погрузке угля в системе присутствуют потери энергии, связанные с перераспределением импульса между камнями угля при падении в вагон, трением и неупругими ударами угля о вагон., то есть эта энергия идёт на увеличение внутренней энергии системы вагон-уголь. | |||
| #### Ответ | #### Ответ | ||
| $A=mu^{2}$ | |||
| Половина работы идет на увеличение внутренней энергии. | |||