Тема . Математика в физике

.02 Дифференциальные уравнения

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела математика в физике
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#92212

Автомобиль стартует с ускорением a0  . Из-за сопротивления воздуха ускорение падает по мере увеличения скорости     v  по закону a ≈ (v0 + v)−1  , где v0  — известный коэффициент.
1) Постройте график, изображающий связь между a  и v  , выбрав координаты так, чтобы он являлся отрезком прямой линии.
2) Через какое время t0  после начала движения автомобиль достигает скорости v0  ?
3) Определите зависимость скорости v  от времени t  и постройте (качественно) график v(t)  .
(Всеросс., 2008, финал, 9)

Источники: Всеросс., 2008, финал, 9

Показать ответ и решение

1) Пусть зависимость ускорения от скорости:

      --k---
a(v) = v0 + v,

где k  – коэффициент пропорциональности.
В начальный момент v = 0  , тогда:

a0 =-k
    v0

k = a0v0

По определению ускорения:

a = dv
    dt

Тогда:

dv   -a0v0--
dt = v0 + v

                       (      )
dt = 1dv = v0-+-vdv = 1- 1 + v-  dv
     a     a0v0      a0     v0

           (      )
 − 1     1-     v-
a  (v) = a0  1+ v0

Видим, что зависимость a−1(v)  линейна.

PIC

2) Возьмем полученное ранее дифференциальное уравнение и проинтегрируем в интересующих нас пределах:

∫          ∫   (      )
  t0dt = 1-  v0 1 + v- dv
  0      a0 0       v0

    3 v
t0 =- -0
    2 a0

3) Теперь возьмем дифференциальное уравнение и проинтегрируем в промежуточных пределах чтобы найти зависимость скорости от времени:

             (      )
∫ t     1-∫ v     v-
 0 dt = a0 0  1 + v0  dv

a t = v + v2-
 0       2v0

 2
v  + 2v0v − 2a0v0t = 0

Решим полученное квадратное уравнение:

         ∘ -2--------
v = − v0 ± v0 + 2a0v0t

Поскольку v ≥ 0  выбираем одно подходящее решение:

           ∘ -2--------
v(t) = − v0 + v0 + 2a0v0t

PIC

Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!