Решение задач из Савченко О.Я.

Aliaksandr Melnichenka
October 2023

Условие:

$1.3.27^*.$ Сферический резервуар, стоящий на земле, имеет радиус $R$. При какой наименьшей скорости брошенный с земли камень может перелететь через резервуар, лишь коснувшись его вершины?

Решение:

Камень нужно бросать под углом $\alpha$ к горизонту, удовлетворяя уравнениям, полученным в 1.3.6:

$v_x = v \cos \alpha; \quad v_y = v \sin \alpha - gt;$
$x = vt \cos \alpha; \quad y = vt \sin \alpha - gt^2 / 2.$

Время, за которая камень поднимиться на максимальную высоту $2R$, найдем как

$$t_1 = \frac{v_0 \sin \alpha}{g}$$

Максимальная высота подъема камня по вертикальной оси должна быть равна $y_{max} = 2R$, поэтому

$$\frac{v_0^2 \sin^2 \alpha}{2g} = 2R$$

Определяем значение начальной скорости броска

$$v_0 = \sqrt{\frac{4gR}{\sin^2 \alpha}}$$

Угол $\alpha$, под которым следует бросать камень, определим из начальных условий

$$v_0t_1 \cos \alpha = \frac{v_0^2 \sin \alpha \cos \alpha}{g};$$
$$2R = \frac{v_0^2 \sin \alpha \cos \alpha}{g};$$
$\tan \alpha = 2; \quad \alpha = \text{arctg} \;2 \approx 63^\circ$

Подставляя в формулу для $v_0$

$$\fbox{$v_0 = \sqrt{\frac{4gR}{\sin^2 63^\circ}} = \sqrt{5Rg}$}$$

Ответ: $v = \sqrt{5gR}$

Альтернативное решение: