Квадрокоптер равномерно взлетел вертикально вверх на высоту 1200 м. При этом равнодействующая всех сил совершила работу 48 кДж. Сила тяги, развиваемая двигателем, в 2,08 раза больше силы тяжести, а сила сопротивления воздуха в 12,5 раз меньше силы тяжести.
Ускорение свободного падения g = 10 Н/кг.
Физика9 классЗаконы динамикиравнодействующая силработа силквадрокоптерсила тягисила тяжестисила сопротивленияформула равнодействующеймасса квадрокоптераускорение свободного паденияфизика квадрокоптера
Давайте разберем задачу шаг за шагом.
1. Формула для нахождения равнодействующей приложенных сил:
Равнодействующая всех сил (R) может быть выражена через силу тяжести (Fт),силу тяги (Fтяг) и силу сопротивления воздуха (Fсопр). Формула будет выглядеть так:
Сила тяжести определяется как:
где m — масса квадрокоптера, g — ускорение свободного падения (10 Н/кг).
2. Условие, при котором квадрокоптер поднимается равномерно:
Квадрокоптер поднимается равномерно, когда равнодействующая сил равна нулю:
Это означает, что сила тяги равна сумме силы тяжести и силы сопротивления воздуха:
Из условия задачи нам известно, что:
Подставим эти значения в уравнение:
Теперь выразим Fт через массу:
Подставим это в уравнение:
Теперь решим это уравнение для нахождения массы квадрокоптера:
Переносим все слагаемые с m в одну сторону:
Это уравнение не имеет смысла, так как масса не может быть равна нулю. Давайте попробуем другой подход и используем работу, совершенную равнодействующей силой:
Работа (A) равна силе (R) умноженной на высоту (h): A = R * h. Подставим известные значения:
Следовательно, R = 48 000 Дж / 1200 м = 40 Н.
3. Теперь найдем массу квадрокоптера:
Мы знаем, что R = Fтяг - Fт - Fсопр. Подставим известные значения:
Подставим Fт = m * g:
Решая это уравнение, мы можем найти массу m.
4. Сила тяги двигателя увеличилась до 96 Н:
Теперь, когда сила тяги составляет 96 Н, мы можем выразить силу сопротивления:
Сила тяжести остается прежней:
Теперь мы можем выразить силу сопротивления от силы тяжести:
Теперь нам нужно узнать, какую часть составляет сила сопротивления от силы тяжести:
Таким образом, мы можем подставить значения и найти эту величину.