Консультация № 159956
08.02.2009, 20:55
0.00 руб.
0 3 1
Помогите решить задачу:

Грузик, подвешенный на нити, отводят в сторону так, что нить принимает горизонтальное положение, и отпускают. При движении грузика вертикальная составляющая его скорости сперва возрастает, затем убывает. Какой угол с вертикалью образует нить в тот момент, когда вертикально составляющая скорости грузика наибольшая?

Обсуждение

Неизвестный
09.02.2009, 01:54
общий
это ответ
Здравствуйте, Startsevdenis!
Грузик, подвешенный на нити, отводят в сторону так, что нить принимает горизонтальное положение, и отпускают. При движении грузика вертикальная составляющая его скорости сперва возрастает, затем убывает.

Какой угол с вертикалью образует нить в тот момент, когда вертикально составляющая скорости грузика наибольшая?
___
Обозначим

f= угол отклонения нити от вертикали (0= положение равновесия)
R= длина нити
m= масса груза

На грузик действует сила тяжести
Fg
и сила натяжения нити
Fn

Fg= m*g

Сила направленная к центру окружности, радиальная, нормальная вызывающая поворот вектора скорости груза
Fr= m*v^2/R= Fn- Fg*cos(f)

Отсюда натяжение нити
Fn= m*v^2/R+ m*g*cos(f)

Максимальная вертикальная скорость груза будет в той точке, где вертикальная составляющая натяжения нити будет равна весу груза.
|Fny|= |Fgy|

По закону сохранения энергии
m*v^2/2= m*g*R*cos(f)
m*v^2= 2*m*g*R*cos(f)

|Fn|= m*v^2/R+ m*g*cos(f)

|Fny|= Fn*cos(f)= (2*m*g*R*cos(f))*cos(f)/R+ m*g*(cos(f))^2=
= 2*m*g*(cos(f))^2+ m*g*(cos(f))^2=

|Fny|= 3*m*g*(cos(f))^2

3*m*g*(cos(f))^2= m*g
cos(f)= sqrt(1/3)

Искомый угол
f= arccos(sqrt(1/3))= 0,955317 (рад)= 54.7 (градусов)
____
Рекомендую нарисовать рисунок, будет проще разобраться.
Неизвестный
15.02.2009, 15:29
общий
Уважаемый Baybak! Извините меня, пожалуйста, за беспокойство, но вы не могли бы пояснить одну фразу в своем ответе: "Максимальная вертикальная
скорость груза будет в той
точке, где вертикальная
составляющая натяжения нити
будет равна весу груза". Почему вы решили, что вертикальная составляющая скорости будет максимальна именно в этот момент времени? Заранее спасибо за ответ.
Неизвестный
15.02.2009, 16:09
общий
Я рассуждал так:

Вертикальное ускорение груза зависит от двух сил действующих на груз:
1) сила тяжести (она имеет только вертикальную составляющую и не зависит от положения груза)

2) вертикальная составляющая силы натяжения нити.
Эта составляющая сначала меньше силы тяжести действующей на груз и суммарная сила и ускорение направлены вниз. Затем с ростом скорости и уменьшения угла отклонения от вертикали она растет и в нижней точке она больше силы тяжести действующей на груз (равна силе тяжести + центростремительная сила обеспечивающая движение по окружности) следовательно между этими положениями есть момент когда они равны.

До этого момента вертикальная составляющая ускорения груза направлена вниз, после - вверх.
Следовательно в этот момент вертикальная скорость груза максимальна.

И этот момент надо найти для решения задачи.
___
PS
Наверное я неудачно назвал силу тяжести действующую на груз "вес груза".
Форма ответа