A4 (1 вариант). Тело, брошенное вертикально вниз с некоторой высоты, за последние две секунды движения прошло путь s=0,10 км. Если модуль начальной скорости тела u0=10 м/с, то промежуток времени Δt, в течении которого тело падало, равен:
1) 3,0 с; 2) 4,0 с; 3) 5,0 с; 4) 6,0 с; 5) 7,0 с.
Решение
Запишем кинематические уравнения для движения тела на участках 1-3 и 1-2 (смотрите рисунок):
\[ H={{u}_{0}}t+\frac{g{{t}^{2}}}{2}; \]
\[ H-S={{u}_{0}}(t-{{t}_{2}})+\frac{g{{(t-{{t}_{2}})}^{2}}}{2}. \]
Здесь t – общее время движения (участок 1-3), t2 – время движения на последнем участке (2-3).
Вычитаем из первого уравнения второе и после несложных преобразований находим время движения t:
\[ t=\frac{2S-2{{u}_{0}}{{t}_{2}}+gt_{2}^{2}}{2g{{t}_{2}}}; \]
t=5 с.
Ответ: 3) t=5 с.
Второй способ решения:
Учитывая, что на ЦТ время ограничено, а числовые значения многих задач подобраны так, чтобы «легко считалось», эту задачу целесообразно решать устно, воспользовавшись, например, такой последовательностью действий:
находим среднюю скорость на последнем участке: <u2>=100м/2с=50 м/с;
так как тело движется с ускорением 10 м/с2, то за 2 с его скорость изменится на 20 м/с (причем скорость изменяется линейно), а это значит, что в точках 2 и 3 скорость тела соответственно равна 40 и 60 м/с;
скорость в точке 1 равна 10 м/с (по условию), а в точке 2 – 40 м/с, значит, изменение скорости на участке 1-2 составляет 30 м/с, следовательно, на первом участке тело двигалось в течение трех секунд;
тогда общее время движения t=3с+2с=5с.
Ответ: 3) t=5 с.