Решение до правки #3668 от , автор astrosander. Это не текущая версия.
К задаче $3.3.15$
Решебник Савченко

Решение задач из Савченко О.Я.

Aliaksandr Melnichenka
October 2023

    <h3 id="back-link"><a href="/#3">$\leftarrow$Назад</a></h3>

    <h3> Условие: </h3>

    <p>     
    	$3.3.15^*.$ Стрелок пытается попасть в диск радиуса $R$, который колеблется гармонически так быстро, что стрелок не может за ним уследить. Тогда он целится в центр области движения диска. С какой вероятностью стрелок попадет в диск, если амплитуда колебаний диска $a \gg R$? Если $A = 2R$? Увеличится ли вероятность попадания, если стрелок будет целиться в точку на расстоянии $R$ от края области?
    </p>
    <center>
      <figure>
        <img src="statement.png"
          loading="lazy" width="180" />
        <figcaption>
            К задаче 3.3.15
        </figcaption>
      </figure>
    </center>

		<h3> Решение: </h3>

    <p>
        Перед просмотр решения рекомендую посмотреть решение задачи с похожим условием <a href="/ru/1/1.1.23" target="_blank">1.1.23</a>
    </p>


          <center>
          <figure>
            <img src="animation.gif" alt="1.1.23"
              loading="lazy" width="300" />
            <figcaption>
              Движение мешени
            </figcaption>
          </figure>
          </center>

          <p>
            $\text{a) }$Гармоническое движение мишени описывается уравнением
            $$x(t) = a \cos \omega t$$
            При этом период колебаний равен
            $$T = \frac{2\pi}{\omega}$$
            Время за которое проходит цетр диска диапазон $[0; R]$ найдем как
            $$a \sin \omega t = R$$
            $$\sin \omega t = \frac{R}{a}$$
            Учитывая $a \gg R$, пользуемся приближением $\sin x \approx x$
            $$\omega t = \frac{R}{a}$$
            Откуда $t$
            $$t = \frac{R}{\omega a}$$
            Аналогично, время за которое проходит цетр диска диапазон $[-R; 0]$ равно
            $$t = \frac{R}{\omega a}$$
            Тогда, время за которое проходит цетр диска диапазон $[-R; R]$ составляет
            $$t = \frac{2R}{\omega a}$$
            Так как за время $T$ полного колебания, мишень проходит центр дважды, время в течении которого стрелок может попасть в мишень за промежуток $T$
            $$\tau = \frac{4R}{\omega a}$$
            Отсюда вероятность попадания
            $$w = \frac{\tau}{T} = \frac{4R}{\omega a} \frac{\omega}{2\pi}$$
            $$\boxed{w = \frac{2R}{πa}}$$
            $\text{b) }$Если $a = 2R$, то время за которое проходит цетр диска диапазон $[0; R]$ найдем как
            $$2R \sin \omega t = R$$
            $$\sin \omega t = \frac{1}{2}$$
            $$t = \frac{\pi}{6\omega}$$
            Так как за время $T$ полного колебания, мишень проходит центр дважды, время в течении которого стрелок может попасть в мишень за промежуток $T$
            $$\tau = 4t = \frac{4\pi}{6 \omega}$$
            Отсюда вероятность попадания
            $$w = \frac{\tau}{T} = \frac{2\pi}{3 \omega} \frac{\omega}{2\pi}$$
            $$\boxed{w=\frac{1}{3}}$$
            Приближаяся к краю, скорость мишень уменьшается, соответственно увеличивается время, которое ее "видит" охотник, откуда и увеличивается вероятность попадания
          </p>

    <h4>
    	Ответ: 
    </h4>
    <p>$w = 2R/(πA)$ при $A \gg R$
    </p>
    <p>
    $w = 1/3$ при $A = 2R$. Увеличится.</p>

<footer class="row container">
    <p>
        <small> © <strong>Решебник Савченко О.Я.</strong>, 2023-2024 <br></small>
    </p>
    <p>
        <small>Все права принадлежат авторам. <br> Коммерческое использование материалов — с письменного разрешения авторов. <br> astrosander01@gmail.com <br></small>
    </p>
</footer>