Шарику что весит на нитке длиной 1 м предоставили толчком скорость 4 м/с в горизонтальном направлении. На какой угол отклонится нитка от подвеса? При какой начальной скорости шарик поднимется на максимально возможную высоту?
от

1 Ответ

дано:
- длина нитки L = 1 м.
- начальная горизонтальная скорость шарика v = 4 м/с.
- ускорение свободного падения g = 9.81 м/с².

найти:
1) угол отклонения нитки θ от вертикали.
2) начальную скорость, при которой шарик поднимется на максимально возможную высоту H.

решение:

1) Для нахождения угла отклонения используем уравнение для силы натяжения в нитке и вес шарика. Рассмотрим силы, действующие на шарик:

Сила тяжести F_тяжести = m * g (вниз).

Натяжение в нитке T = m * g / cos(θ) (по вертикали), а также T = m * v² / L (по горизонтали).

При равновесии сил по вертикали имеем:

m * g = T * cos(θ) => T = m * g / cos(θ).

По горизонтали:

T = m * v² / L.

Сравниваем два уравнения для T:

m * g / cos(θ) = m * v² / L.

После сокращения на массу m:

g / cos(θ) = v² / L.

Или

cos(θ) = g * L / v².

Подставим значения:

cos(θ) = 9.81 м/с² * 1 м / (4 м/с)² = 9.81 / 16.

Теперь найдем θ:

θ = arccos(9.81 / 16).

Вычислим значение:

θ ≈ arccos(0.613125) ≈ 52.2 градуса.

2) Для нахождения максимальной высоты H, на которую поднимется шарик, используем закон сохранения энергии. Начальная кинетическая энергия K.E. равна:

K.E. = (1/2) * m * v².

На максимальной высоте вся кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию P.E.:

P.E. = m * g * H.

Сравниваем K.E. и P.E.:

(1/2) * m * v² = m * g * H.

Сокращаем на массу m:

(1/2) * v² = g * H.

Выразим максимальную высоту H:

H = (1/2) * v² / g.

Теперь подставим значения:

H = (1/2) * (4 м/с)² / 9.81 м/с² = (1/2) * 16 / 9.81 ≈ 0.816 м.

ответ:
1) Угол отклонения нитки от подвеса составляет примерно 52.2 градуса.
2) Максимальная высота, на которую может подняться шарик, составляет примерно 0.816 метра.
от