Здравствуйте, artemagarkov!
Пусть
-- масса шарика,
-- длина нити. Положим, что шарик движется по окружности, что возможно, если
Рассмотрим основное уравнение динамики (второй закон Ньютона) в проекциях на нить. Тогда, если шарик отклонён от вертикали на угол
то величина его скорости составляет
величина силы натяжения нити равна
и
Примем, что потенциальная энергия шарика, когда
равна нулю. Когда шарик переходит из положения, которое характеризуется углом
и высотой
в положение, которое характеризуется углом
и высотой
кинетическая энергия шарика составляет
а потенциальная энергия --
Из закона сохранения энергии получим
что после подстановки в уравнение (1) даёт
Из кинематических соображений ясно, что выражение (2) принимает минимальное значение
при
то есть в начальном положении шарика. Если
то
В этот момент времени нормальное ускорение шарика составляет, согласно формуле (1),
а перпендикулярное ему тангенциальное ускорение имеет величину
Тогда величина полного ускорения составляет
Как было указано выше, сила натяжения нити превышает минимальную в четыре раза, если
Поскольку
постольку
То есть, учитывая указанное в начале решения, должно выполняться условие
Громоздкая задача!
Приступая к её решению, я думал, что удастся затратить не больше часа. Однако, пришлось в три раза больше. При наборе текста решения я опустил некоторые рассуждения, чтобы не стать автором трактата. Вам, наверное, придётся эти рассуждения восстановить. Рисунок, если он Вам нужен, тоже выполните самостоятельно, пожалуйста.
Об авторе:
Facta loquuntur.