Здравствуйте, daryaforgee!
Решаем задачу N2 :
Дано: Масса груза m = 40 кг, Ускорение свободного падения g = 9.81 м/с
2 ,
Угол отклонения нити [$945$] = 0…180°
Вычислить зависимость силы натяжения нити T([$945$]) в момент прохождения грузом положения равновесия.
Решение : В указанный "
момент прохождения грузом положения равновесия" направление нити всегда вертикально вниз. В этот момент на груз действуют 3 силы: сила тяжести F
т = m·g , центростремительная сила F
ц , вызванная колебанием (раскачиванием) груза, и сила T натяжения нити. В проекции на координатную ось Y сила T натяжения нити равна сумме :
T = m·g + F
цЦентростремительная сила F
ц = m·V
2 / R
Скорость V находим из закона сохранения энергии : m·g·h = m·V
2 / 2
V
2 = 2·g·h
Тут h - высота подъёма груза h = R·[1 - cos([$945$])]
Значит, V
2 = 2·g·R·[1 - cos([$945$])]
Тогда F
ц = m·V
2 / R = m·2·g·R·[1 - cos([$945$])] / R = 2·m·g·[1 - cos([$945$])]
а сила натяжения T = m·g + F
ц = m·g + 2·m·g·[1 - cos([$945$])] = m·g·{1 + 2·[1 - cos([$945$])]} = m·g·[3 - 2·cos([$945$])]
Легко заметить, что при [$945$]=0 (когда нить с грузом НЕ отклоняли от вертикали), cos(0) = 1 ,
тогда сила натяжения нити будет минимальна и равна просто весу груза : T
min = m·g
Максимальное значение силы натяжения согласно формуле будет при [$945$]=180 (нить с грузом отклонили вертикально вверх),
тогда cos(0) = -1 , и T
max1 = m·g·(3 - 2·cos(180°) = 40·9,81·5 = 1962 Н . Однако, физически такое значение возможно получить только, если нить заменить невесомым вертикальным стержнем, который вынудит груз вращаться по радиусу, а не упасть из верхней точки вниз.
Если нить не заменять стержнем, тогда максимальный угол отклонения равен 90°, cos(90°) = 0,
T
max2 = m·g·(3 - 2·cos(90°) = 40·9,81·3 = 120·9,81 = 1177 Н.
В итоге мы имеем 2 варианта ответов :
T
max1 = 1962 Н, если нить заменить стержнем и отклонить на 180°,
T
max2 = 1177 Н, если нить НЕ заменять стержнем и отклонить на угол 90°.
Чертёж и график прилагаю.
Решение похожих задач : "Груз массой m подвешен на невесомой нерастяжимой нити"
rfpro.ru/question/196041 ,
"Нить с Грузом отклонили на 90° от положения равновесия…
Ссылка2 ,
"Груз на нити отклоняют на угол"
Ссылка3"Формулы силы натяжения нити"
Ссылка4.
Для получения помощи в решении 2х остальных Ваших задач задайте каждую задачу в отдельной Консультации. Читайте Правила Портала \ "
Как правильно задавать вопросы?"
rfpro.ru/help/questions#30 . Цитирую : "
Не задавайте несколько разных, не связанных с друг другом вопросов, в одном… вероятность того, что Вы получите на них ответы, будет гораздо выше, если Вы зададите их по отдельности… большинство экспертов просто игнорируют вопросы, в которых под видом одного дано несколько вопросов или задач…"