Росатом 2022, 11 класс, задача 1

Сложная
Механика

Во льду сделали очень длинный прямой желоб и на равных расстояниях см расположили цепочкой одинаковые тела. Первому телу цепочки сообщили скорость м/с в направлении всех остальных тел. Сколько тел сдвинется с места, если коэффициент трения между телами и льдом равен ? Столкновения тел абсолютно упругие, размеры тел очень малы. Считать, что количество тел в цепочке очень велико, и м/с. Ответ обосновать.

Войдите, чтобы проверять ответы

Решение.

Из законов сохранения энергии и импульса следует, что при центральных упругих столкновениях тел одинаковых масс тела обмениваются скоростями. В частности, если тело, движущееся со скоростью , налетает на покоящееся тело той же массы, то после центрального упругого столкновения первое тело остановится, а второе будет двигаться со скоростью . Это значит, что картина движения наших тел является такой.

Сначала движется первое тело, и его движение до столкновения со вторым телом замедляется силой трения.

После столкновения со вторым, первое останавливается, а второе будет двигаться с его предыдущей скоростью. До столкновения с третьим телом сила трения уменьшит его скорость.

После столкновения с третьим телом второе остановится, а третье будет двигаться с его скоростью.

И т.д.

Таким образом, в каждый момент времени в системе тел движется только одно тело, причем с такой скоростью, до какой сила трения успела затормозить движение тел. Расстояние, на котором это движение полностью прекратиться, легко найти с использованием теоремы об изменении кинетической. Поскольку тела точечные и при каждом ударе предыдущее тело передает свою скорость последующему, то, несмотря на то, что сила трения тормозит разные тела, торможение движения силой трения происходит так, как будто движется одно тело. Поэтому теорема об изменении кинетической энергии дает для полного торможения

где - масса тел, - начальная скорость первого тела, - коэффициент трения между телом и желобом, - расстояние от точки, в которой начало движение первое тело, до точки остановки последнего. Отсюда находим, что движение остановится на расстоянии

от начальной точки. А поскольку расстояние между всеми телами , то в движение будут вовлечены следующее количество тел

где - целая часть. Или

1

Обосновано, что при центральном упругом столкновении тел одинаковой массы они меня- ются скоростями

0.5
2

Правильно найден тормозной путь одного тела

0.5
3

Правильная идея решения – суммарный путь, пройденный всеми телами, равен тормозному пути одного тела

0.5
4

Правильный ответ

0.5
Максимум: 2

Похожие задачи

Росатом 2022, 11 класс, задача 2

Из проволоки сделали кольцо радиуса R, расположили в вертикальной плоскости и закрепили в таком положении. К верхней точке кольца прикреплен один конец невесомой пружины. Второй конец пружины прикреплен к массивной бусинке, которая может без трения скользить по кольцу. Если поместить бусинку в нижню
Сложная
Механика

Росатом 2024, 10 класс, задача 3

Однородную нерастяжимую гибкую веревку массой m и длиной l подвесили в двух точках A и B, находящихся на разных высотах (см. рисунок). Сила натяжения веревки в точке A известна и равна TA. Найти силу натяжения веревки в точке B, которая находится на h выше точки A. Веревка, подвешенная в
Сложная
Механика

Росатом 2022, 10 класс, задача 3

Два груза с массами m и 4m подвешены на невесомых нерастяжимых нитях длиной l прикрепленных к одной точке горизонтального потолка. Между телами вставляют невесомый стержень длиной L, прикрепляют к ним и удерживают систему в таком положении, что стержень горизонтален (см. рисунок). В некоторый момент
Сложная
Механика

Росатом 2023, 10 класс, задача 3

Два тела одновременно начинают двигаться из одной точки с постоянными (и одинаковыми) скоростями v: одно - по окружности радиуса R, проходящей через эту точку, второе - по диаметру этой окружности (см. рисунок). Через какое время после начала движения расстояние между телами будет максимальным? Чему
Сложная
Механика
Кинематика