Vyhledávání úloh podle oboru

Dva kamarádi se po dlouhém nočním tahu ztratili kdesi ve spleti newyorských streets a avenues. Jak to odpovídá jejich stavu, procházejí ulice po křivce velmi blízké sinusovce s amplitudou $A=5\;\mathrm{m}$ a periodou $T=12{,}6\;\mathrm{m}$. Udržují konstantní rychlost potácení $v=1\;\textrm{m}\cdot \textrm{s}^{-1}$ (ve směru osy ulice). Shodou okolností se v jeden okamžik ocitnou oba ve vzdálenosti $l=27\;\mathrm{m}$ od téže křižovatky, každý však uprostřed jiné ulice (viz obrázek), přičemž oba směřují doleva od směru k průsečíku obou ulic. Určete, v jaké nejmenší vzájemné vzdálenosti se během průchodu křižovatkou ocitnou, předpokládáte-li, že oba směřují stále týmž směrem a jeden druhého si nevšímají.

Cílem této úlohy je, abyste se naučili pracovat se souřadnicemi, takže řešení nemusí být v obecném tvaru, můžete klidně zaokrouhlovat. Výsledky obdržené numericky budou posuzovány rovnocenně analytickému či grafickému řešení.

Starostlivá maminka se chystá se svým malým drobečkem na procházku do parku. Vytlačí kočárek ze dveří, zamkne je a teď už na ni čeká jen malá překážka – schody. Postupně zdolává první patro, druhé patro a stále se ne a ne objevit někdo, kdo by jí pomohl. Najednou si ale vzpomene, že nahoře zapomněla láhev se sunarem. Co kdyby se snad její mazlíček na procházce unavil a dostal hlad? Nechá tedy kočárek kočárkem a běží zpět nahoru. Odemkne dveře, jde do kuchyně, vezme láhev a vtom ji přeběhne mráz po zádech, vyrazí studený pot na čele, znovu ji přeběhne mráz po zádech a teprve potom si uvědomí proč. Vždyť nechala stát kočárek jen tak na schodech! (Řešitelé bez představivosti nechť si prohlédnou přiložený obrázek, kde $T$ značí těžiště.) Hrůzou nepříčetná běží záchranit, co se dá. Na vás zbývá dokončit tento příběh, co myslíte, kde nalezne kočárek se svým děťatkem?

Je zima, blíži se jarní prázdniny, a jistě každý z vás se chystá do hor lyžovat, čehož jsme se rozhodli zneužít, a tak vám zadáváme následující úlohu: Změřte koeficient tření lyžaře na sněhu.

K dispozici máte cokoliv, zejména tedy toho lyžaře, lyže (kdo provede měření pro porovnaní zvlášť na běžkách a zvlášť na sjezdovkách, bude mít plus), sjezdovku (fyzikálně řečeno nakloněnou rovinu), měřič času (normálně řečeno stopky) a jiné věci, co vás napadnou a co byste mohli upotřebit. Pokud byste se chtěli vymlouvat, že letos již lyžovat nebudete, není problém tuto úlohu změřit i na rovině. Je jisté, že i ve vaší vesnici (městě, nebo v čem jiném bydlíte) bude alespoň jeden den sníh.

Pozn.: Nezapomeňte, že navoskované lyže na sněhu je krásný případ systému, kde koeficient tření závisí na rychlosti a možná i na povrchu styčné plochy, což můžete ověřit jízdou po jedné lyži. Bohužel však vzhledem k odporu vzduchu a dalším ručivým vlivům budou asi tyto efekty špatně měřitelné (ve vyšší rychlosti sice trochu klesne koeficient tření, zato značně vzroste odpor vzduchu).

Na vodorovné rovině je položen vyhlodaný hranol o hmotnosti $M$ (viz obrázek), který se po ní může bez tření pohybovat. V nejnižším místě leží krychlička o hmotnosti $μ$. Na nakloněné části hranolu leží krychlička o hmotnosti $m$. I malé krychličky se mohou pohybovat po vyhlodaném hranolu bez tření. Jaká musí být splněna podmínka mezi hmotnostmi $M$, $m$, $μ$ a úhlem α, aby se po uvolnění krychličky $m$ krychlička $μ$ začala vůči hranolu $M$ pohybovat?

Papa Karlo zhotovil pro Pinoccia čepičku z tenkého plechu ve tvaru kužele o výšce $20\;\textrm{cm}$ a s vrcholovým úhlem $60^\circ$. Bude ale takováto ozdoba držet na jeho hlavě, která má tvar koule o poloměru $15\;\textrm{cm}$ a je dokonale hladká?

Mějme nádobu tvaru kvádru zanedbatelné hmotnosti o čtvercové podstavě strany $a$ a výšce $2a$. V této nádobě se nachází krychlové vodní těleso. V jaké maximální výšce $h$ ode dna můžeme naši nádobu zavěsit, aby se po zmrznutí vody převrátila? (Viz obrázek 2, který znázorňuje řez nádoby vertikální rovinou procházející těžištěm.) Uvažujte dva případy:

• nádoba je dokonale tuhá a voda zamrzá ode dna,

• voda si během zamrzání uchovává stále svůj krychlový tvar, nádoba je tedy dostatečně pružná. Přitom podél stěn led klouže, tedy výška závěsu nad podstavou zůstává konstantní.

Na obrázku 1 plove loďka. Její majitel, známý vynálezce a kutil Nezbeda, vyřešil problém bezvětrného počasí následujícím způsobem: na záď lodi připevnil výkonný fén značky Fukar a nasměroval jej vpřed přímo na malou lodní plachtu. Na vás teď je, abyste usoudili, za jakých podmínek se loďka rozjede vpřed či vzad. Můžete se také zamyslet nad tím, jaké zlepšovací návrhy byste Nezbedovi poradili, aby jeho pohon pracoval za bezvětří co nejefektivněji.

Dva stejné válce o poloměru $R$, jejichž osy jsou rovnoběžné a leží ve vodorovné rovině ve vzdálenosti $a$, rotují opačnými směry. Na tyto válce položíme vodorovně desku délky $2a$ o hmotnosti $m$ tak, že přečnívá vpravo více než vlevo (viz obr. 2). Mezi deskou a válcem působí tření s koeficientem $μ$. Co se bude dít s deskou,

• pokud jsou obvodové rychlosti stejně veliké,

• pokud je obvodová rychlost levého válce dvakrát větší než obvodová rychlost pravého?

Na obrázku je letecký snímek parních lokomotiv s oblaky dýmu, které se pohybují rovnoměrně po přímých rovnoběžných kolejích. Rychlost první parní lokomotivy je $v_{1}=50\;\mathrm{km} \cdot \mathrm{h}^{-1}$, rychlost třetí $v_{3}=70\;\mathrm{km} \cdot \mathrm{h}^{-1}$. Směry rychlostí jsou vyznačeny na obrázku. Jaká je rychlost $v_{2}$ druhé lokomotivy?

Kometární rodina Jupiteru vzniká následujícím způsobem (viz. obrázek). Kometa přilétá k Jupiteru z velké vzdálenosti s téměř nulovou počáteční rychlostí. Po opuštění Jupiterova gravitačního pole (přesně sféry gravitačního vlivu Jupitera), má její rychlost (vzhledem ke Slunci) přesně opačný směr než rychlost Jupitera. Poté se pohybuje opět v gravitačním poli Slunce. V jaké vzdálenosti od něj se bude nacházet perihelium dráhy komety a jaká je její oběžná doba (jaká je velikost velké poloosy dráhy komety)? Uvažujte, že Jupiter obíhá kolem Slunce po kružnici o poloměru $R=5,2\;\mathrm{AU}$.