πЕГЭ · ИИ-репетитор12 предметов · задания ФИПИ
Главная → Физика → Задания №26 → Задание ph26-06

Задание №26 ЕГЭ Физика: разбор и критерии

Ответ на это задание — развёрнутое решение. В тренажёре его проверяет ИИ по официальным критериям ФИПИ, а здесь есть эталонное решение из банка.

Условие

На рисунке изображена механическая, состоящая из двух идеальных блоков, двух невесомых и нерастяжимых нитей и трех грузов массами m₁ = 3 кг, m₂ = m₃ = 2 кг, подвешенных на концах нитей. Определите, чему равна сила натяжения T₁ нити, к которой подвешен груз m1.

Какие законы Вы использовали для описания движения тел и блоков? Обоснуйте их применимость к данному случаю.

Рисунок к заданию

Подсказки — как подойти к решению

  1. Обоснуй, что нити невесомы и нерастяжимы, а блоки идеальны: тогда силы натяжения по обе стороны каждого блока равны по модулю. Запиши второй закон Ньютона для каждого груза в проекции на вертикальную ось.
  2. Ключ — кинематическая связь ускорений: из постоянства длин обеих нитей получи уравнение, связывающее ускорения всех трёх грузов. Ловушка — считать ускорения грузов одинаковыми: тогда совместное решение уравнений движения даёт неверное натяжение.

Решение

Обоснование. Систему отсчета, связанную с Землей, будем считать инерциальной. Грузы и блоки движутся поступательно, поэтому их можно считать материальными точками. Поэтому для каждого тела из представленной системы можно записать второй закон Ньютона.

Учитывая, что нити в данных условиях невесомы, силы натяжения, действующие на тела и блоки, возникающие в одной нити, равны по модулю. Так как нити нерастяжимы, а сила трения в блоках и сила сопротивления воздуха отсутствует, то можно записать кинематические связи между ускорениями тел, составляющих систему.

Перейдем к решению. 1. Изобразим систему, нарисовав силы, действующие на ее тела, и введя вертикальную ось координат x, направленную вниз (см. рис.). Силу натяжения второй нити обозначим через T2. Как следует из условия, силы натяжения нитей по обе стороны каждого из блоков одинаковы, и T₁ = 2T₂.

2. Запишем уравнения движения системы (2-й закон Ньютона) в проекции на ось x: m₁g − T₁ = m₁a₁; m₂g − T₂ = m₂a₂; m₃g − T₂ = m₃a₃.

3. Условие нерастяжимости обеих нитей может быть записано с использованием постоянства их длин, что приводит к уравнению 2x₁ + x₂ + x₃ = const, откуда получаем уравнение кинематической связи: 2a₁ + a₂ + a₃ = 0.

4. Поскольку по условию m₂ = m₃, то и ускорения этих грузов одинаковы: a₂ = a₃ = − a₁. Складывая уравнения движения этих грузов, получаем: 2m₂g − T₁ = −²m₂a₁, то есть можно считать, что справа просто подвешен груз массой 2m2.

5. Деля первое уравнение движения на m1, а последнее на 2m₂ и затем складывая их, получаем:

g − T₁/m₁ + g − T₁/2m₂ = 0,

откуда:

T₁ = (4m₁m₂g)/(m₁ +²m₂) = (4 · 3 · 2 · 10)/(3 +² · 2) = 240/7 ≈ 34,3 Н.

Ответ: T₁ = (4m₁m₂g)/(m₁ +²m₂) ≈ 34,3 Н.

Критерии оценивания ФИПИ

Критерий (до 4 баллов)Балл
Критерий 1 Верно обоснована возможность использования законов (закономерностей).—
1 В обосновании возможности использования законов (закономерностей) допущена ошибка. ИЛИ Обоснование отсутствует.—
0 Критерий 2 Приведено полное решение, включающее следующие элементы: I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: 2-й закон Ньютона, записанный в проекции на вертикальную ось, а также кинематические соотношения); II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов); III) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями); IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины.—
3 Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеется один или несколько из следующих недостатков. Записи, соответствующие пунктам II и III, представлены не в полном объеме или отсутствуют. И (ИЛИ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение, которые не отделены от решения и не зачеркнуты. И (ИЛИ) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. И (ИЛИ) Отсутствует пункт V, или в нем допущена ошибка.—
2 Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи. ИЛИ В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. ИЛИ В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.—
1 Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла.—
0 Максимальный балл4

Типичные ошибки

Решить это задание в тренажёре

В тренажёре: подсказки по шагам, разбор твоей ошибки ИИ-репетитором (он не даёт готовый ответ), повторение ошибок по интервалам и общий прогресс. Все задания №26 по физике · Разбор темы №26 с нуля