Мальчик вращает в вертикальной плоскости камень, привязанный к верёвке длиной 0,5 м. Частота вращения 120 об/мин.
а)  Чему равна скорость вращения камня?
б)  В какой момент мальчик должен отпустить верёвку, чтобы камень полетел вертикально вверх?
в)  На какую высоту при этом поднимется камень?
от

1 Ответ

Дано:
- Длина верёвки (радиус вращения) R = 0,5 м.
- Частота вращения n = 120 об/мин.

Найти:
а) Скорость вращения камня.
б) Момент, в который мальчик должен отпустить верёвку, чтобы камень полетел вертикально вверх.
в) Высоту, на которую поднимется камень.

Решение:

а) Скорость вращения камня можно найти по формуле:

v = 2 * π * R * (n / 60),

где n / 60 переводит частоту из об/мин в об/с.

Подставим значения:

n / 60 = 120 / 60 = 2 об/с.

Теперь подставим в формулу:

v = 2 * π * 0,5 * 2 ≈ 2 * π * 1 = 2π м/с ≈ 6,28 м/с.

Ответ: скорость вращения камня примерно 6,28 м/с.

б) Мальчик должен отпустить верёвку, когда камень находится в самой верхней точке. В этом случае на камень действует только сила тяжести, и его скорость направлена вверх.

Ответ: мальчик должен отпустить верёвку в верхней точке вращения.

в) Чтобы найти высоту, на которую поднимется камень, используем закон сохранения энергии. На момент отпуска верёвки вся кинетическая энергия преобразуется в потенциальную.

Кинетическая энергия:

Ek = (1/2) * m * v^2,

где m - масса камня, v - скорость.

Потенциальная энергия на высоте h:

Ep = m * g * h,

где g ≈ 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

При равенстве энергий:

(1/2) * m * v^2 = m * g * h.

Сокращаем m:

(1/2) * v^2 = g * h.

Выразим h:

h = (1/2) * (v^2 / g).

Подставим v ≈ 6,28 м/с:

h = (1/2) * (6,28^2 / 9,81) ≈ (1/2) * (39,4384 / 9,81) ≈ (1/2) * 4,02 ≈ 2,01 м.

Ответ: камень поднимется на высоту примерно 2,01 м.
от