Задача по механике из ЗФТШ

Допустим, что реактивный снаряд после мгновенной работы двигателя стартовал точно на северном полюсе Земли. Снаряд летит к цели, находящейся на расстоянии максимальной дальности полета L=30 км. Вектор начальной скорости снаряда и цель лежат в одной меридиональной плоскости. Оцените расстояние S от места падения снаряда до цели.

Вообще не понятно с чего начать. Смог найти начальную скорость из условия, что максимальная дальность полета известна, а вот что дальше делать хз. Вообще не очень понятно что именно здесь происходит со снарядом и что вообще означает расстояние между снарядом и целью, если у нас они находятся на меридиональной плоскости. Так, что-ли?

image

Кажется тут нужно найти боковое отклонение снаряда за счет силы Кориолиса. В задаче не сказали нужно ли учитывать силы инерции, поэтому @eneev это задача на неинерциальные системы отсчета?

Не знаю, в ЗФТШ ничего не сказано. Там просто перечень задач, одной и который была эта(
Темы, которые освещались в задании:

И в них в основном решение задач

Хотя боковое смещение \Delta s\propto\cos\varphi , где \varphi это широта, поэтому если запускать снаряд с северного полюса, то \Delta s=0. Тогда задача намного упрощается. Примерная траектория снаряда выглядит так

1 лайк

а что там за знак вначале(чет ответ с цитированием не работает)?

\propto - знак пропорциональности.

Если че это выводится так:
“Боковое смещение”, то есть смещение в экваториальной плоскости происходит за счет силы Кориолиса. Центробежной силой можно пренебречь, так как \vec\omega\times(\vec \omega \times \vec r)=\vec \omega(\vec \omega \cdot \vec r)-\omega^2\vec r\rightarrow \vec\omega\times(\vec \omega \times \vec r)\propto \omega^2\propto\frac{1}{T^2} она обратно пропорциональна квадрату периода вращения Земли вокруг своей оси и можно считать что время движения снаряда t<<T. Азимутальная сила \dot{\vec \omega}\times \vec r равна нулю, т.к. \vec \omega=const. Поэтому единственная сила инерции, которая оказывает влияния на снаряд это сила Кориолиса

\vec a=\vec a'+2\vec\omega\times \vec v'=-g\hat z


(Выбираю координатную систему так, что оси x,y лежат на поверхности Земли, а ось z направлена радиально)
Здесь \vec a',\vec v' это ускорение и скорость во вращ. системе Земли и \vec a'=\hat x\ddot x+\hat y\ddot y+\hat z\ddot z , \vec v'=\hat x\dot x+\hat y\dot y+\hat z\dot z. Разложим вектор угловой скорости вращения Земли вокруг своей оси по выбранному базису

\vec \omega=\begin{pmatrix}0\\-\omega\cos\varphi\\ \omega\sin\varphi \end{pmatrix}

Чтобы найти ускорение Кориолиса нужно выполнить векторное произведение

\vec a_{cor.}=-2\vec\omega\times\vec v'=-2\begin{vmatrix} \hat x& \hat y&\hat z\\0&-\omega\cos\varphi&\omega\sin\varphi\\ \dot x&\dot y&\dot z\end{vmatrix}=-2\omega(-\hat x(\dot z\cos\varphi+\dot y\sin\varphi)+\hat y(\dot x\sin \varphi)+\hat z(\dot x\cos\varphi))

Здесь скоростями \dot x,\dot y можно пренебречь по сравнению с \dot z, т.к. они сравнительно пренебрежимо малы \dot x,\dot y<<\dot z. Тогда уравнение движения

-g\hat z+2\omega \dot z\cos\varphi \hat x=\hat x\ddot x+\hat y\ddot y +\hat z\ddot z

Отсюда получаем, что \ddot z=-g, следовательно \dot z=-gt\rightarrow z=h-\frac{gt^2}{2}, а также \ddot x =2\omega\dot z\cos\varphi=-2\omega gt\cos\varphi. Очевидно, что время падения снаряда t=\sqrt{\frac{2h}{g}}.; Модуль бокового смещения

\Delta x=\left(\frac{\omega gt^3}{3}\right)\cos\varphi=\left(\frac{\omega g}{3}\right)\left(\frac{2h}{g}\right)^{3/2}\cos\varphi

Из-за этого эффекта снаряд выпущенный на поверхности Земли не будет двигаться строго вдоль одной меридианы и отклонится на некое расстояние в экваториальной плоскости, за исключением случая, когда снаряд выпускается из северного полюса, для которого широта \varphi=\frac{\pi}{2}

13 лайков

Слушай, там же снизу написано: Рассмотрите вращение Земли, т.е надо просто учесть, что Земля крутится.