сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 2429
i

Не­боль­шой груз под­ве­шен на нити дли­ной L к го­ри­зон­таль­ной план­ке. Груз с нитью от­ве­ли на 90 гра­ду­сов и от­пу­сти­ли (см. рис.). Когда нить про­хо­ди­ла вер­ти­каль­ное по­ло­же­ние, она на­ткну­лась на гвоздь, вби­тый ниже план­ки на рас­сто­я­нии  дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби от точки под­ве­са. Тре­ния между нитью и гвоз­дем нет. Рас­счи­тай­те, на каком ми­ни­маль­ном рас­сто­я­нии от план­ки он может ока­зать­ся?

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Най­дем, на каком рас­сто­я­нии h от план­ки сила на­тя­же­ния нити T ста­но­вит­ся рав­ной нулю и груз на­чи­на­ет дви­гать­ся сво­бод­но;  альфа   — угол, об­ра­зу­е­мый нитью с вер­ти­ка­лью, когда сила на­тя­же­ния про­па­да­ет,  v   — ско­рость груза в этот мо­мент (см. ри­су­нок).

Вы­ра­зим:

0= минус mgh плюс дробь: чис­ли­тель: m v в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , \qquad левая круг­лая скоб­ка 1 пра­вая круг­лая скоб­ка

T плюс mg ко­си­нус альфа = дробь: чис­ли­тель: m v в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец дроби , \qquad левая круг­лая скоб­ка 2 пра­вая круг­лая скоб­ка

T=0, \qquad левая круг­лая скоб­ка 3 пра­вая круг­лая скоб­ка

h= дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 плюс R ко­си­нус альфа пра­вая круг­лая скоб­ка . \qquad левая круг­лая скоб­ка 4 пра­вая круг­лая скоб­ка

\Rightarrow ко­си­нус альфа = дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ,h= дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 6 конец дроби , v = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: gR, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби конец ар­гу­мен­та . \qquad левая круг­лая скоб­ка 5 пра­вая круг­лая скоб­ка

Груз дви­жет­ся по окруж­но­сти до точки, на­хо­дя­щей­ся на рас­сто­я­нии h= дробь: чис­ли­тель: L, зна­ме­на­тель: 6 конец дроби ста­но­вит­ся рав­ной нулю, и груз на­чи­на­ет дви­гать­ся сво­бод­но по па­ра­бо­ле, ста­но­вит­ся рав­ной нулю, и груз на­чи­на­ет дви­гать­ся сво­бод­но по па­ра­бо­ле, как тело, бро­шен­ное под углом  альфа к го­ри­зон­ту.

Ми­ни­маль­ное рас­сто­я­ние H_\min от план­ки, на ко­то­ром ока­зы­ва­ет­ся груз, можно найти с по­мо­щью фор­мул ки­не­ма­ти­ки, а можно с по­мо­щью за­ко­на со­хра­не­ния энер­гии.

 0= минус m g h плюс дробь: чис­ли­тель: m v в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = минус m g H_\min плюс дробь: чис­ли­тель: m V_в в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , \qquad левая круг­лая скоб­ка 6 пра­вая круг­лая скоб­ка

где V_в= v ко­си­нус альфа   — ско­рость груза в верх­ней точке па­ра­бо­лы.

 \Rightarrow H_\min = дробь: чис­ли­тель: v в квад­ра­те ко­си­нус в квад­ра­те альфа , зна­ме­на­тель: 2 g конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 27 конец дроби L.

Ответ: H_\min = дробь: чис­ли­тель: v в квад­ра­те ко­си­нус в квад­ра­те альфа , зна­ме­на­тель: 2 g конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 27 конец дроби L.

Классификатор: Ме­ха­ни­ка. Закон со­хра­не­ния энер­гии в конс. си­сте­мах