Консультация № 195433
30.04.2019, 22:00
0.00 руб.
0 1 1
Уважаемые эксперты! Пожалуйста, ответьте на вопрос:

Маленький шарик подвешен на лёгкой нерастяжимой нити в поле тяжести. Нить с шариком отклоняют от вертикали на угол альфа0 (a0) и отпускают. Шарик приходит в движение с нулевой начальной скоростью. Далее с ростом скорости сила натяжения нити растёт. Найдите модуль a ускорения шарика, в тот момент времени, когда сила натяжения нити будет по величине в 4 раза больше чем при старте. При каких значениях альфа0 (a0) это возможно?

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
01.05.2019, 15:12
общий
это ответ
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.
5
Если бы можно было ставить 5+ я бы поставил без раздумий. Большое спасибо за решение. Я, пытаясь решить эту задачу, пришёл к такому же ответу. Выражаю огромную благодарность)
Об авторе:
Facta loquuntur.
Форма ответа