НЕСФ 2022, 10. клас — Задача 1. Трупчета на нишка

Национално есенно състезание по физика, 11 – 13 ноември 2022 г., Сливен — Тема за IV състезателна група (10. клас) · 11 ноември 2022 г. · 10 т.

Условие

Трупчетата на нишка.

Две трупчета (с неизвестни маси m1m_1 и m2m_2) са свързани с безмасова неразтеглива нишка, както е показано на фигурата вляво. Трупчетата са едно върху друго, като коефициентът на триене между трупчетата и между долното трупче и хоризонталната повърхност е един и същ kk (неизвестен). Нишката е прекарана през неподвижно окачена безмасова макара. Може да използвате, че земното ускорение е g≈10 m/s2g \approx 10\ \mathrm{m/s^2}. Съпротивлението на въздуха да се пренебрегне.

а) Дадено е, че ако дърпаме горното трупче надясно със сила FF, то силата на опън TгT_{\mathrm{г}} на нишката е двойно по-голяма от силата на опън TдT_{\mathrm{д}} на нишката, когато дърпаме долното трупче надясно със същата сила FF, т.е. Tг=2TдT_{\mathrm{г}} = 2T_{\mathrm{д}}. В двата случая трупчетата се движат спрямо макарата с едно и също по големина ускорение aa. Изразете силата FF и големината на ускорението aa на трупчетата чрез масите m1m_1 и m2m_2, коефициента на триене kk и земното ускорение gg. [4,5 т.]

б) Нека първоначално дърпаме горното трупче със силата FF от предното подусловие. В даден момент силата на дърпане спада до силата FрF_{\mathrm{р}}, при която системата се движи равномерно. В този момент силата на опън на нишката намалява три пъти. Намерете отношението m2/m1m_2/m_1 на масите на трупчетата. [2 т.]

в) Докато системата се движи равномерно по начина, описан в предното подусловие, нишката е прерязана и горното трупче започва да се движи спрямо макарата с ускорение a′=4 m/s2a' = 4\ \mathrm{m/s^2}. Определете коефициента на триене kk. На колко е равно ускорението aa от първото подусловие? [2,5 т.]

г) Ако масата на долното трупче е m1=1 kgm_1 = 1\ \mathrm{kg}, пресметнете стойностите на силите FF и FрF_{\mathrm{р}} от предните подусловия. [1 т.]

Решение


Оригинал в Архива: esenni_2023_10problems.pdf · официални решения: esenni_2023_10solutions.pdf