НОФ 2026, II кръг (областен), 11. клас — Задача 3. Трупче върху клин
Олимпиада по физика 2026, областен кръг, тема за 11. клас (пета състезателна група) · 15 февруари 2026 г. · 10 т.
Условие
Клин с маса и ъгъл при основата се намира върху гладка хоризонтална повърхност. Върху наклонената страна на клина е поставено малко тяло (трупче) с маса . Триенето между всички повърхности, както и съпротивлението на въздуха, се пренебрегват. Земното ускорение е . В началния момент системата е в покой, след което се освобождава. За описание на движението въведете координатна система, при която оста е хоризонтална, а оста е насочена надолу. Клинът започва да се движи наляво с постоянно ускорение с големина , а трупчето с ускорение, чиито компоненти спрямо осите Ox и Oy са съответно и .

а) Докажете кинематичната връзка между компонентите на ускорението на трупчето и , ускорението на клина и ъгъла :
[2 т.]
б) Намерете израз за големината на ускорението на клина. Изразете отговора чрез и . [3 т.]
в) Намерете големината на силата на нормална реакция , с която трупчето действа върху повърхността на клина по време на движението. [2 т.]
г) Намерете относителното ускорение на трупчето спрямо клина, т.е. ускорението му, ако разглеждаме клина като отправно тяло. [3 т.]
Отговори
а)
Относителното ускорение е насочено по наклона.
б)
в)
г)
Решение
а) Спрямо избраната КС клинът се ускорява наляво, т.е. . Ускорението на трупчето спрямо земната повърхност е . Следователно относителното ускорение на трупчето спрямо клина е
Трупчето остава в контакт с наклонената страна и се движи по нея, затова е насочено по наклона. Наклонът сключва ъгъл с хоризонталата, следователно отношението на компонентите на всеки вектор, паралелен на наклона, е . [1 т.]
Следователно .
Алтернативно решение. За времето t, за което трупчето се спуска от върха до основата на клина, то изминава нъв вертикална посока разстояние, равно на височината на клина: [0,5 т.] и се премества надясно в хоризонтална посока на разстояние: . Същевременно клинът се премества наляво на разстояние . Следователно трупчето се оказва на разстояние [0,5 т.] от вертикалната стена на клина . Очевидно, че и са съответно срещулежащ и прилежащ катет срещу ъгъла , т.е. , [0,5 т.] откъдето получаваме търсеното съотношение [0,5 т.].
б) За трупчето (II принцип на Нютон) по осите и :
За клина по : върху клина действа хоризонталната компонента на реакцията от трупчето , а ускорението е наляво , следователно
От първото уравнение за трупчето и уравнението за клина следва
От кинематичната връзка от а)
От уравнението по и клина имаме . Замествайки и в уравнението по :
Преминаваме към sin , cos и след привеждане: [1 т.]
в) От уравнението за клина следва [1 т.]
Замествайки намереното в подточка б) , получаваме
г) Относителното ускорение е хипотенуза в триъгълника на относителните ускорения : или [1 т.]
Използваме :
Заместваме :
Алтернативно решение. Спрямо клина трупчето изминава разстояние, равно на хипотенузата на клина, докато се спусне. От закона за равноускорително движение: . [1 т.] От друга страна, ако разглеждаме движението на трупчето спрямо земята: . [1 т.] Като вземем предвид, че , изразяваме: . Вземаме предвид получените в предишните точки резултати: и , откъдето получаваме окончателно: . [1 т.]
Оригинал в Архива: 11_zad11.pdf · официални решения: 11_resh11.pdf