Подвешенный на нити шарик массой 100 г отклонили от положения равновесия на угол 600 и отпустили.
а) чему равна сила натяжения нити в этот момент времени?
6) С какой скоростью шарик пройдет положение равновесия, если сила натяжения нити при этом будет равна 1,257 Длина нити 1,6 м
в) на какой угол от вертикали отклонится нить, если шарик вращать с такой же скоростью в горизонтальной плоскости?
от

1 Ответ

а) Для определения силы натяжения нити можно использовать закон Гука для гармонического осциллятора. В положении равновесия сила натяжения нити равна силе тяжести, а при отклонении на угол θ сила натяжения становится меньше.

Формула для силы натяжения нити в данном случае будет:

T = mg * cos(θ),

где T - сила натяжения нити, m - масса шарика, g - ускорение свободного падения, θ - угол отклонения.

Подставляем известные значения:

m = 100 г = 0,1 кг,
g = 9,8 м/с²,
θ = 60°.

T = 0,1 кг * 9,8 м/с² * cos(60°).

Вычислим значение cos(60°):

cos(60°) = 0,5.

T = 0,1 кг * 9,8 м/с² * 0,5 = 0,49 Н.

Ответ: Сила натяжения нити в этот момент времени равна 0,49 Н.

б) Скорость шарика в положении равновесия можно найти, используя закон сохранения механической энергии. Полная механическая энергия состоит из потенциальной энергии (наивысшей точке) и кинетической энергии (в положении равновесия).

Потенциальная энергия в наивысшей точке равна нулю (так как отсчитывается от нулевого уровня). Тогда кинетическая энергия в положении равновесия будет равна полной начальной потенциальной энергии:

Ek = Ep = mgh,

где Ek - кинетическая энергия, Ep - потенциальная энергия, m - масса шарика, g - ускорение свободного падения, h - высота поднятия (длина нити).

Подставляем известные значения:

m = 100 г = 0,1 кг,
g = 9,8 м/с²,
h = 1,6 м.

Ek = 0,1 кг * 9,8 м/с² * 1,6 м = 1,568 Дж.

Так как кинетическая энергия равна (1/2)mv², где v - скорость, можно выразить скорость:

v = √(2Ek / m).

Подставляем значения:

v = √(2 * 1,568 Дж / 0,1 кг) ≈ √(31,36 м²/с²) ≈ 5,6 м/с.

Ответ: Шарик пройдет положение равновесия со скоростью около 5,6 м/с.

в) Если шарик вращается с такой же скоростью в горизонтальной плоскости, то центростремительная сила будет создавать натяжение нити. Для определения угла отклонения нити от вертикали можно использовать равенство центростремительной силы и силы тяжести:

Fцс = mg * sin(θ),

где Fцс - центростремительная сила, m - масса шарика, g - ускорение свободного падения, θ - угол отклонения нити от вертикали.

Подставляем известные значения:

m = 100 г = 0,1 кг,
g = 9,8 м/с².

Fцс = 0,1 кг * 9,8 м/с² * sin(θ).

Для равновесия Fцс должна быть равна силе натяжения нити в положении равновесия, которая была найдена в пункте а):

Fцс = T = 0,49 Н.

Теперь можем найти угол отклонения нити:

0,1 кг * 9,8 м/с² * sin(θ) = 0,49 Н.

sin(θ) = 0,49 Н / (0,1 кг * 9,8 м/с²).

sin(θ) ≈ 0,5.

θ ≈ arcsin(0,5).

θ ≈ 30°.

Ответ: Нить отклонится на угол около 30° от вертикали.
от