Какая постоянная скорость моноколеса, если после полной перезарядки батареи человек массой 100 кг поднимается

  • 18
Какая постоянная скорость моноколеса, если после полной перезарядки батареи человек массой 100 кг поднимается с постоянной скоростью на моноколесе массой 25 кг в гору высотой h=50 м на l=1 км пути, а средняя мощность двигателя моноколеса равна P=500 Вт? Ответ предоставить с точностью до 0,1 м/с. Ускорение свободного падения g=10 Н/кг.
Yangol
45
Чтобы рассчитать постоянную скорость моноколеса, мы можем воспользоваться принципом сохранения энергии. Его можно описать следующим образом:

Полная механическая энергия тела, движущегося по наклонной плоскости, остается постоянной, если на него не действуют внешние силы трения или сопротивления воздуха.

Изначально моноколесо находится в состоянии покоя, поэтому его кинетическая энергия равна нулю. Полная механическая энергия состоит из потенциальной энергии (из-за поднятия) и кинетической энергии (из-за движения вперед).

Пусть v - искомая постоянная скорость моноколеса в м/с.

Масса человека: m1=100 кг.
Масса моноколеса: m2=25 кг.
Высота подъема: h=50 м.
Путь: l=1 км = 1000 м.
Ускорение свободного падения: g=10 Н/кг.
Средняя мощность двигателя моноколеса: P=500 Вт.

Мы можем начать с расчета полной механической энергии в начале и в конце движения:

В начале:
Полная механическая энергия (Начало) = Потенциальная энергия (Начало) + Кинетическая энергия (Начало)
= m_1gh_1 + 0
= 100*10*50 + 0
= 50000 Дж.

В конце:
Полная механическая энергия (Конец) = Потенциальная энергия (Конец) + Кинетическая энергия (Конец)
= 0 + 12(m1+m2)v2

Поскольку полная механическая энергия остается постоянной, мы можем приравнять начальное и конечное значения:

50000 = 12(100+25)v2.

Решаем это уравнение относительно v2:

50000 = 12(125)v2,
100000 = 125v^2,
v^2 = 100000125,
v^2 = 800.

Теперь возьмем квадратный корень:

v = 800,
v = 28,3 м/с.

Следовательно, постоянная скорость моноколеса составляет примерно 28,3 м/с.

Учитывая, что требуется ответ с точностью до 0,1 м/с, округлим его до ближайшего значения:

v ≈ 28,3 м/с.