Теорема 1
«О медиане в треугольнике скоростей»
Докажите, что средняя скорость при равноускоренном движении V=s/t является медианой в треугольнике скоростей Vk = V0 + gt. Перемещение за время t движения задаётся уравнением S = V0t + gt2/2.
Напомнить (рассказать) школьнику про свойства медиан и высот, проведенных к гипотенузе.
Задача 1
Кот Леопольд сидел у края крыши. Два озорных мышонка выстрелили в него камнем из рогатки. Камень, описав дугу, упал у ног кота через время t = 1с. На каком расстоянии S от мышей находится кот Леопольд, если векторы скоростей камня в момент выстрела и в момент падения были взаимно перпендикулярны? (ВсОШ, финал, 1999)
Задача 2
Из одной точки, расположенной достаточно высоко над поверхностью земли, одновременно вылетают два камня с коризонтальными противоположно направленными скоростями V1 и V2. Через какое время τ скорости этих камней станут перпендикулярны?
Задача 3
Тело брошено с высоты Н под углом к горизонтальной плоскости. К поверхности земли оно подлетает под углом β. Какое расстояние по горизонтали пролетит тело?
Напомнить (рассказать) школьнику про метод удваивание медианы (параллелограмм), связь между сторонами и диагоналями параллелограмма.
Задача 4
Скорость камня V0, брошенного под углом ϕ = 600 к горизонту, уменьшилась вдвое за ∆t = 1с. Найдите модуль перемещения S, которое за это время совершил камень. (ВсОШ, 2012, Региональный этап, 9 кл)
Задача 5
Величина скорости камня, брошенного с горизонтальной плоскости под углом к горизонту, через время τ = 0,5с после броска составляла α = 80% от величины начальной скорости, а ещё через τ соответственно β = 70%. 1) Найдите продолжительность T полёта камня. (ВсОШ, 2015, Региональный этап, 9 кл)
Теорема 2
«О квадратах скоростей»
Докажите, что квадраты конечной скорости и начальной скорости связаны только через разность высот начальной и конечной точки и не зависят от углов Vk2= V02 – 2gH
Задача 6
Петя бросил мячик с балкона с начальной скоростью V стоящему на земле Васе. Через время t1 = 2,21с Вася поймал мячик, заметив, что в конце полёта скорость мячика была направлена перпендикулярно его начальной скорости в момент броска, совершённого Петей. Затем Вася сделал несколько шагов, остановился и бросил мячик обратно на балкон Пете, сообщив мячику такую же по модулю начальную скорость V. Петя поймал мячик через время t2 = 1,72с, заметив, что конечная скорость мячика также направлена перпендикулярно начальной скорости мячика в момент броска, совершённого Васей. Определите разницу высот H между кистями рук Пети и Васи, а также определите, чему равен модуль скорости V. (МОШ, 2017, 11)
Задача 7
С башни бросили тело со скоростью V0, при этом угол β наименьший из всевозможных углов конечной скорости к горизонту. Определить высоту башни.
Напомнить (рассказать) школьнику про теорему косинусов и синусов (особенно синусов!)
Задача 8
Со скалы, возвышающейся над морем на высоту h = 25 м, бросили камень. Найдите время его полёта, если известно, что непосредственно перед падением в воду камень имел скорость V = 30 м/с, направленную под углом β = 1200 к начальной скорости. (МОШ, 2018, 9)
Задача 9
Начальная скорость камня, брошенного под некоторым углом к горизонту, равна V0, а спустя время t его скорость составляет скорость VK. На какую максимальную высоту Hmax поднимется этот камень.
Теорема 3
«О площади треугольника скоростей»
Докажите, что площадь треугольника скоростей равна половине произведения дальности полета на ускорение свободного падения S = Lg/2
Напомнить (рассказать) школьнику про формулы:
S = haa = ½*ab*sinα = ½*a2*(sinα*sinβ)/sin(α+β)
Задача 10
Тело бросили со скоростью V­ под углом к горизонту α. Определить дальность полета, если тело упало на туже горизонтальную плоскость.
Задача 11
Камень бросили под углом к горизонту с начальной скоростью V0 = 25 м/с. Через время τ он достиг максимальной высоты, удалившись по горизонтали на расстояние L = 30 м от места броска. Найдите время τ. (ВсОШ, 2012, Региональный этап, 10 кл)
Напомнить (рассказать) школьнику как чевианы делят площадь треугольника.
Задачи на бросание со склона или на склон
Задача 12
Камень бросают под углом α к горизонту с вершины горы, склон которой образует угол β с горизонтом. С какой скоростью V0 нужно бросить камень, чтобы он упал на склон горы на расстоянии S от вершины?
Задача 13
Пушка установлена на плоском склоне горы, образующем угол α = 300 с горизонтом. При выстреле «вверх» по склону снаряд падает на склон на расстоянии S1 = 700 м от места выстрела. В момент падения скорость снаряда перпендикулярна поверхности склона. Пушку разворачивают на 1800 и производят второй выстрел «вниз» по склону. Затем пушку перемещают на горизонтальную поверхность и производят третий выстрел. Угол наклона ствола к поверхности, с которой стреляют, при всех выстрелах одинаков. 1. На каком расстоянии S2 от места второго выстрела снаряд упадет на склон? 2. Найдите дальность L стрельбы при третьем выстреле. («Физтех», 2019, 10)
Задача 14
Человек стреляет из пушки по мишени. На расстоянии 300 м от него стоит стенка высотой 120 м, за которой на расстоянии 100 м на земле стоит мишень. С какой скоростью ядро вылетит из пушки при удачном выстреле? («Курчатов», 2019, 9 кл)
Теорема 4
«О равенстве равновеликих треугольниках»
Докажите, что два равновеликих треугольника с равным углом и равной противоположной стороной равны.
Задача 15
Из отверстия шланга, прикрытого пальцем, бьют две струи под углом α и β к горизонту с одинаковой начальной скоростью V0. На каком расстоянии по горизонтали струи пересекутся?
Задача 16
Кот Леопольд стоял у края крыши сарая. Два злобных мышонка выстрелили в него из рогатки. Однако камень, описав дугу, через t1 = 1,2 с упруго отразился от наклонного ската крыши сарая у самых лап кота и через t2 = 1,0 с попал в лапу стрелявшего мышонка (см. рисунок). На каком расстоянии S от мышей находился кот Леопольд? (ВсОШ, 2000, финал, 9кл)
Задача 17
Из точки А склона с одинаковыми по модулю скоростями бросают два камня строго вдоль склона, камни приземляются в точку В. Чему равна скорость камней в точке В, если время полета одного камня t1, а второго — t2. Угол наклона склона относительно горизонта равен α.
Задача 18
Кот Леопольд сидел на самом краю крыши сарая. Два озорных мышонка решили выстрелить в него из рогатки, но кот заметил их и решил отстреливаться. Камни из рогаток мышат и кота вылетели одновременно и столкнулись в середине отрезка AB (см. рисунок). Найдите высоту H сарая и отношение пути, пройденного камнем кота Леопольда, к пути, пройденному камнем мышат, если известно, что ϕ = 300, скорость камня, вылетевшего из рогатки мышат, V0 = 7 м/с, а кот выстрелил горизонтально. (ВcОШ, 2002, финал, 10 кл)
Классическая задача о максимальной дальности полета
Задача 19
При осаде древней крепости осаждённые вели стрельбу по наступающему противнику с помощью катапульт из-за крепостной стены высотой h = 20,4 м. Начальная скорость снарядов V0 = 25 м/с. На каком максимальном расстоянии Lmax от стены находились цели, которых могли достигать снаряды катапульт? (ВсОШ, 2004, финал, 9кл)
Теорема 5
«О максимальной площади»
Если задан угол треугольника и противолежащая к этому углу сторона, то максимальная площадь достигается в случае равнобедренного треугольника.
Теорема 6
«О минимальной стороне»
Если задана площадь и угол треугольника, то минимально возможная противолежащая к этому углу сторона достигается в случае равнобедренного треугольника.
Задача 20
Небольшую петарду подвесили на нити на высоте H над горизонтальной поверхностью. В результате взрыва она распалась на два осколка, которые полетели в противоположные стороны с одинаковыми начальными скоростями v0, направленными вдоль одной прямой. Какое наибольшее расстояние L может оказаться между осколками после их падения? С места падения осколки не смещаются. (ВсОШ, 2017, Региональный этап, 9 кл)
Задача 21
Склон горы составляет угол α с горизонтом. На какое максимальное расстояние вниз вдоль склона можно забросить камень, если его начальная скорость равна V0?
Показать школьнику, как из результата двух последних задач, можно получить уравнение «параболы безопасности» («параболы максимального удаления») в декартовых и полярных координатах.
Показать школьнику, как можно через неравенство Птолемея прийти к тому же еще быстрее.
Показать школьнику геометрические свойства параболы и «параболы безопасности».
Задача 22
С какой минимальной скоростью следует бросить камень с горизонтальной поверхности земли, чтобы он смог перелететь через дом с покатой крышей длинной S? Ближайшая стена имеет высоту h, задняя слева — высоту H.
Задача 23
В открытой прямоугольной коробке сидит кузнечик, который умеет прыгать с начальной скоростью V0 = 3 м/с под любым углом к горизонту. На какой минимальный угол к горизонту нужно наклонить коробку, чтобы кузнечик смог из неё выпрыгнуть? Считать, что каждая грань коробки является квадратом со стороной h = 52 см. (МОШ, 2008, 10)
Задача 24
Плоская поверхность горы наклонена под углом α = 300 к горизонту. Перпендикулярно поверхности установлен тонкий забор, высшая точка которого находится на расстоянии h = 7 м от поверхности горы. Требуется перебросить через забор маленький камень, бросив его с поверхности горы. Найдите минимальную начальную скорость, при которой это можно сделать, если место броска и направление начальной скорости можно выбирать произвольно. («Физтех», 2011, 10 кл)
Задача 25
C вершины купола, имеющего форму полусферы радиуса R и стоящего на горизонтальной поверхности земли, бросают камень. С какой минимальной скоростью V0 можно бросить, чтобы в процессе своего полёта он не ударился о поверхность купола? Под каким углом a к горизонту его следует бросать при этом? (IPhO 2012)