Номер 119, страница 211 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

Авторы: Гельфгат И. М., Генденштейн Л. Э., Кирик Л. А.
Тип: Задачник
Издательство: Илекса
Год издания: 2008 - 2025
Уровень обучения: профильный
Цвет обложки: красный лупа, парень едет на велосипеде
ISBN: 978-5-89237-252-7
Популярные ГДЗ в 10 классе
Олимпиадные задачи. 29. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. Постоянный электрический ток. Электродинамика - номер 119, страница 211.
№119 (с. 211)
Условие. №119 (с. 211)
скриншот условия


O19. Электропоезд идет по горизонтальному участку пути с постоянной скоростью, а затем с другой постоянной скоростью преодолевает подъем с уклоном $k = 0,04$. Потребляемая сила тока на горизонтальном участке $I_1 = 240 \text{ А}$, а на подъеме $I_2 = 450 \text{ А}$. Коэффициент сопротивления движению $\mu = 0,02$. Найдите отношение скоростей $v_1$ и $v_2$ на этих двух участках, считая КПД двигателя неизменным.
☑ $\frac{v_1}{v_2} = 1,6$.
Решение. При равномерном движении по горизонтальному участку пути сила тяги $F_1 = \mu mg$; при равномерном движении на подъеме $F_2 = mg(\mu + k)$ (мы учли, что $k \ll 1$). Развиваемая механическая мощность $N = Fv$, а потребляемая электрическая мощность $P = UI$. Считая КПД двигателя неизменным, получаем $\frac{N_1}{P_1} = \frac{N_2}{P_2}$, откуда $\frac{v_1}{v_2} = \frac{I_1}{I_2} \left(1 + \frac{k}{\mu}\right) = 1,6$.
Решение. №119 (с. 211)
Дано
Уклон подъема: $k = 0.04$
Сила тока на горизонтальном участке: $I_1 = 240$ А
Сила тока на подъеме: $I_2 = 450$ А
Коэффициент сопротивления движению: $\mu = 0.02$
КПД двигателя на обоих участках одинаков: $\eta_1 = \eta_2$
Найти:
$\frac{v_1}{v_2}$
Решение
1. Анализ сил, действующих на электропоезд.
На горизонтальном участке пути электропоезд движется с постоянной скоростью $v_1$. Согласно первому закону Ньютона, это означает, что сила тяги двигателя $F_1$ уравновешивает силу сопротивления движению $F_{сопр1}$.
$F_1 = F_{сопр1}$
Сила сопротивления движению пропорциональна силе нормальной реакции $N_1$. На горизонтальном участке сила нормальной реакции равна силе тяжести $mg$ ($m$ - масса поезда, $g$ - ускорение свободного падения).
$F_{сопр1} = \mu N_1 = \mu mg$
Следовательно, сила тяги на горизонтальном участке:
$F_1 = \mu mg$
На участке с подъемом электропоезд движется с постоянной скоростью $v_2$. Сила тяги $F_2$ уравновешивает сумму силы сопротивления $F_{сопр2}$ и скатывающей составляющей силы тяжести $F_{скат}$.
$F_2 = F_{сопр2} + F_{скат}$
Уклон $k$ для малых углов подъема $\alpha$ можно считать равным $\sin(\alpha)$. Тогда скатывающая сила $F_{скат} = mg \sin(\alpha) \approx mgk$. Сила нормальной реакции на подъеме $N_2 = mg \cos(\alpha)$. Для малых углов $\cos(\alpha) \approx 1$, поэтому сила сопротивления $F_{сопр2} = \mu N_2 \approx \mu mg$.
Таким образом, сила тяги на подъеме:
$F_2 = \mu mg + mgk = mg(\mu + k)$
2. Анализ мощности и КПД.
Механическая мощность, развиваемая двигателем, определяется формулой $N = Fv$. Электрическая мощность, потребляемая от сети, равна $P = UI$, где $U$ — напряжение в сети (считаем его постоянным).
Коэффициент полезного действия (КПД) двигателя — это отношение полезной (механической) мощности к затраченной (электрической) мощности:
$\eta = \frac{N}{P} = \frac{Fv}{UI}$
По условию, КПД на обоих участках одинаков: $\eta_1 = \eta_2$.
$\frac{N_1}{P_1} = \frac{N_2}{P_2}$
$\frac{F_1 v_1}{U I_1} = \frac{F_2 v_2}{U I_2}$
Сократив постоянное напряжение $U$, получим:
$\frac{F_1 v_1}{I_1} = \frac{F_2 v_2}{I_2}$
3. Расчет отношения скоростей.
Выразим из последнего равенства искомое отношение скоростей $\frac{v_1}{v_2}$:
$\frac{v_1}{v_2} = \frac{F_2}{F_1} \cdot \frac{I_1}{I_2}$
Подставим выражения для сил $F_1$ и $F_2$:
$\frac{v_1}{v_2} = \frac{mg(\mu + k)}{\mu mg} \cdot \frac{I_1}{I_2}$
Сократим $mg$:
$\frac{v_1}{v_2} = \frac{\mu + k}{\mu} \cdot \frac{I_1}{I_2} = (1 + \frac{k}{\mu}) \frac{I_1}{I_2}$
Подставим числовые значения из условия задачи:
$\frac{v_1}{v_2} = (1 + \frac{0.04}{0.02}) \cdot \frac{240}{450} = (1 + 2) \cdot \frac{24}{45} = 3 \cdot \frac{8}{15} = \frac{24}{15} = \frac{8}{5} = 1.6$
Ответ: Отношение скоростей $\frac{v_1}{v_2}$ равно 1,6.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 10-11 класс, для упражнения номер 119 расположенного на странице 211 к задачнику 2008 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №119 (с. 211), авторов: Гельфгат (Илья Маркович), Генденштейн (Лев Элевич), Кирик (Леонид Анатольевич), профильный уровень обучения учебного пособия издательства Илекса.