Здравствуйте, danikfmla!
Условие : Угол к горизонту [$945$] = [$960$]/6 = 30°.
Вычислить вертикальное перемещение h бусинки за первую [$964$] =1 с движения.
Решение: Если смотреть на спираль сверху, мы увидим окружность, и движущуюся по ней равноускоренно бусинку. Тангенциальное ускорение направлено так же, как линейная скорость - по касательной к окружности (если смотреть
т-ко сверху!). Но если посмотреть сбоку на эту же спираль, то видно, что линейная скорость направлена чуть вниз (бусинка скользит!). Значит, и тангенциальное ускорение тоже направлено так же, под углом [$945$] к горизонтали.
Я прилагаю поясняющий рисунок, где я начертил боковую цилиндрическую поверхность траектории движения бусинки, развёрнутую на вертикальную экран-плоскость.
Из рисунка хорошо видна зависимость ускорений (сил, делённых на массу бусинки)
a
[$964$] = g·sin([$945$]) - тут g = 9,8 м/с
2 - ускорение земного тяготения.
Теперь вспоминаем зависимость пройденного пути при равноускоренном движении:
S(t) = S
0 + V
0·t + a·t
2 / 2
Поскольку задано: бусинка "
скользит с нулевой начальной скоростью", то V
0=0 и S
0 = 0.
Получаем S([$964$]) = a
[$964$]·[$964$]
2 / 2 = g·sin([$945$])·[$964$]
2 / 2
Из того же эскиза видно, что h / S = sin([$945$])
Значит, искомая высота h = S·sin([$945$]) = g·sin
2([$945$])·[$964$]
2 / 2 = 9,8·sin
2([$960$]/6)·1
2 / 2
Учитывая sin
2([$960$]/6) = (1/2)
2 = 1/4 ,
Получаем h = 9,8·(1/4) / 2 = 9,8 / 8 = 1,225 м
Ответ : вертикальное перемещение бусинки за первую [$964$] =1 с движения равно 1,2 м . НЕзависимо от радиуса спирали, что любопытно! При бесконечно большом радиусе спираль вырождается в наклонную плоскость.
Для проверки-страховки пробуем "впадать в крайности" :
Если задать угол [$945$] = 0 , то h
0 = g·sin
2(0)·[$964$]
2 / 2 = 0 - нет движения!
Если задать угол [$945$] = 90° (вертикальное падение) , то h
в = g·sin
2(90°)·[$964$]
2 / 2 = g·[$964$]
2 / 2 - формула свободного падения, что и требовалось доказать.
Решение похожей задачи см в решебнике "Движение по окружности: задачи заочной школы МФТИ"
Ссылка