Файл: Мещерский И.В. Сборник задач по теоретической механике (1975).pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.06.2024

Просмотров: 5611

Скачиваний: 12

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

жение

по

горизонтальной шероховатой плоскости. Коэффициент тре-

ния

скольжения

/.

Определить

путь, пройденный грузом, считая удар неупругим.

~

3/ М2

Ответ: 8 =

ЩЩТШ£

44.24 (1147). Однородная прямая призма с квадратным основанием

стоит

на

горизонтальной

плоскости и может

вращаться

вокруг

ребра АВ,

лежащего

вэтой плоскости. Реб-

ро основания призмы равно а, высота ее За,

масса Ът. В середину С боковой грани, про-

тиволежащей

ребру

АВ,

ударяет

шар мас-

сой

т сгоризонтальной

скоростью v.

v

Q |

Предполагая, что

удар неупругий

и что

масса шара сосредоточена вего центре, ко-

торый после

удара

остается вточке С, оп-

ределить

наименьшую величину скорости v,

при

которой

призма

опрокинется.

Ответ: v = ~Ybdga.

44.25

(1148). Платформа с помещенным

К задаче 44.24.

на

ней призматическим

грузом

АВ

катится

по горизонтальным рельсам со

скоростью v.

На

платформе имеется выступ, в который

упирается ребро Вгруза, препятствуя последнему скользить по плат-

форме

вперед,

но

не препятствуя

вращению

его

около

ребра

В.

Дано:

h — высота

центра тяжести

груза над

платформой, р —радиус

инерции груза относительно ребра В.

Определить

угловую скорость <в

вращения груза около ребра В в

h\

момент

мгновенной остановки плат-

формы.

Ответ: <о = Р-2^.

У//////////////////////////

44.26 (1149). Полагая при усло-

К задаче 44.25.

виях

предыдущей

задачи, что груз

представляет собой однородный прямоугольный параллелепипед, длина ребра которого вдоль платформы равна 4 м, авысота 3м, найти, при какой скорости произойдет опрокидывание груза.

Ответ: v = 30,7 км/час.

§ 45. Динамика точки и системы переменной массы (переменного состава)

45.1 (1150). Составить уравнение движения маятника переменной массы в среде, сопротивление которой пропорционально скорости. Масса маятника изменяется по заданному закону m — m(t) путем отделения частиц с относительной скоростью, равной нулю. Длина нити

339


маятника А На маятник действует также сила сопротивления, пропорциональная его угловой скорости: R — ф§.

Ответ: ? + ¥ + f sin <Р = °-

45.2. Составить дифференциальное уравнение восходящего движения ракеты. Эффективную скорость ve истечения газов *) считать постоянной. Масса ракеты изменяется по закону /« = wo /(t) (закон сгорания). Сила сопротивления воздуха является заданной функцией скорости и положения ракеты: R (х, х).

Ответ: X = - g - ^lv e

45.3 (1152). Проинтегрировать уравнение движения предыдущей задачи при т = т^{\ at) и R = 0. Начальная скорость ракеты у поверхности земли равна нулю. На какой высоте будет находиться

ракета в моменты t =

10; 30; 50 сек при ve—

2000 м{сек и а =

T-QQ сек'1?

Ответ: X (t) =

^

[(1 — o.t) In (I — at) -f

at] —

^ ;

д:(10) =

0,54 и ; лг(30)=г5,65 о ;

х(50) = 18,4

км.

45.4.

Ракета

с

начальной

массой

/я0

поднимается

вертикально

вверх

в однородном

поле

силы тяжести с

постоянным ускорением ng

(g—ускорение

земного тяготения).

Пренебрегая сопротивлением атмосферы и считая эффективную

скорость

ve

истечения газов

постоянной, определить: 1)

закон

изме-

нения массы ракет, 2) закон изменения массы ракеты при отсутствии

поля

тяготения.

g

Ответ:

1) т =

тйе

™е

; 2) т

=

45.5. Масса ракеты, описанной в задаче

45.2,

изменяется до

t —

t0

по закону т =

т$гл*.

Пренебрегая силой сопротивления, найти движение

ракеты

и,

считая, что к моменту времени t0

весь заряд практически сгорел,

определить

максимальную

высоту

подъема ракеты. В начальный мо-

мент

ракета

имела

скорость,

равную

нулю,

и находилась

на

земле.

Ответ:

H=^[o.ve

— g]tl,

где

ve

— эффективная скорость

исте-

чения газов из ракеты.

45.6. При условиях предыдущей задачи определить значение а, отвечающее максимальной возможной высоте подъема ракеты Нтах-,

и вычислить //п,ах (величину у.= at,, = In —*• необходимо считать по-

стоянкой; /И]— масса ракеты в момент U). Ответ: а = оо (мгновенное сгорание);

•) Тяга реактивного двигателя определяется формулой Ря = — ~гг ve, где ve — эффективная скорость истечения.

340


45.7. При условиях

задач 45.5 и 45.6, задавшись

коэффициентом

перегрузки

k = — , определить

высоту

подъема Н ракеты

в зави-

•симости от НтАХ.

Ответ: Н=Нт^-^—.

45.8. Ракета стартует с Луны вертикально к ее поверхности.

Эффективная

скорость

истечения

^e = 2000

м/сек.

Число Циолков-

ского

г = 5 *).

Определить, какое должно быть время

сгорания топлива,

чтобы

ракета

достигла

скорости

г»= 3000

м/сек

(принять, что ускорение

силы тяжести

вблизи Луны

постоянно и равно .1,62

м/сек\

Ответ: *=«2 мин 4 сек.

45.9. Ракета

движется

в однородном

поле

силы

тяжести

вверх

С постоянным ускорением w.

Пренебрегая сопротивлением атмосферы и считая эффективную

скорость ve

истечения газов постоянной, определить время Т, за

которое масса ракеты уменьшится в два раза.

Ответ: Г = — ^ - 1 п 2 .

w-\-g

45.10.

Эффективная

скорость

истечения

газов из

ракеты

•а, = 2,4

км/сек.

Каково должно быть

отношение запаса топлива к весу ракеты без

топлива, чтобы после сгорания топлива ракета, движущаяся

вне поля

тяготения

и вне атмосферы,

приобрела

скорость

9

км/сек?

Ответ:

Вес топлива

должен

составлять

примерно 98% от стар-

тового

веса

ракеты.

45.11.

Ракета

движется

поступательно при отсутствии тяготения

и

сопротивления

среды.

Эффективная

скорость

истечения

газов

t)e

= 2400

м/сек.

Определить число Циолковского, если в момент

полного сгорания

топлива скорость ракеты будет равна 4300 м/сек.

Ответ: z «=; 6.

45.12.

Тело переменной

массы, имея начальную

скорость,

равную

нулю, движется с постоянным ускорением w погоризонтальным направляющим. Эффективная скорость истечения газов ve постоянна.

Определить, пренебрегая сопротивлением, путь, пройденный телом до того момента, когда его масса уменьшится в k раз.

Ответ: s = п— (In kf.

45.13. Решить предыдущую задачу, предположив, что на тело действует сила трения скольжения.

Ответ: S = TT—г~г^г0п^У> г Де / — коэффициент трения скольжения.

*) Числом Циолковского называется отношение стартовой массы ракеты к массе ракеты без топлива.

341


45.14. Тело переменной массы движется

по специальным направ-

ляющим, проложенным

вдоль

экватора.

Касательное

ускорение

w^ =

a постоянно.

Не

учитывая

сопротивление

движению,

определить,

во

сколько

раз

уменьшится

масса

тела, когда оно сделает один

оборот

вокруг

Земли,

если эффективная скорость истечения газов ve =

const. Каково

должно быть ускорение а, чтобы после одного оборота тело приобрело первую космическую скорость?

—V^ifa

Ответ: Bee раз; а — ~.

45.15. Определить в вредыдущей задаче массу топлива, сгоревшую к моменту, когда давление тела на направляющие будет равно нулю.

Ответ:

тТ = т<>\1—е

Ve /*

45.16.

Тело скользит по горизонтальным рельсам. Истечение газа

происходит вертикально вниз с постоянной эффективной скоростью ve.

Начальная скорость тела равна v0.

Найти закон изменения скорости тела

и закон его движения, если

изменение массы происходит по закону

/и=

/гао— at. Коэффициент

трения скольжения равен /.

Ответ: v=vo-f[gt-ve}n

т™1

at\,

s = v^—f\^-—ve

[Пп т*+ ^

^ (In(/кв — at) - 1)]}.

45.17. Решить предыдущую задачу, если изменение топлива будет происходить по закону т = тф~'и. Определить, при каком а тело будет двигаться с постоянной скоростью v9.

Ответ: v = vo—f(g — a.ve)t; s = vat—f(g — a.ve)T; a = ^-.

45.18. Какой путь пройдет ракета на прямолинейном активном участке в пустоте и при отсутствии сил тяготения за время разгона от нулевой начальной скорости до скорости, равной эффективной скорости истечения продуктов сгорания ve, если известна начальная масса ракеты то и секундный расход [3?

Ответ: s = ~~^ • ~ , где е — неперово число.

45.19. Ракета движется прямолинейно вне поля тяготения и при отсутствии сопротивления. Найти работу силы тяги к моменту, когда сгорит все топливо. Начальная масса ракеты /йв» конечная — тх. Эффективная скорость истечения ve постоянна.

Ответ: А = m\v\ [In z — (z — 1)]; z = — .

45.20. При каком отношении z начальной /я0 и конечной Ш\ масс ракеты, движущейся прямолинейно в пустоте и при отсутствии сил тяготения, ее механический к. п. д., определяемый как отношение ки-

342