Тело массой 120 грамм подвесили к нити длинной 80см и двигалось оно по окружности, угол между вертикалью и нитью равен 30 градусов. Найдите количество оборотов, пройденное телом за 1 секунду?
от

1 Ответ

дано:
- масса тела m = 120 г = 0.12 кг (переведем в килограммы)
- длина нити L = 80 см = 0.8 м (переведем в метры)
- угол между вертикалью и нитью α = 30 градусов

найти:
1. Количество оборотов n, пройденное телом за 1 секунду.

решение:

1. Определим радиус окружности, по которой движется тело. Радиус R можно найти с помощью длины нити и косинуса угла α:
   R = L * sin(α).
   
2. Подставим значение длины нити и угол:
   R = 0.8 * sin(30°) = 0.8 * 0.5 = 0.4 м.

3. Найдем центробежную силу, действующую на тело, которая равна весу тела, умноженному на косинус угла:
   F_c = m * g * cos(α),
   где g ≈ 9.81 м/с² - ускорение свободного падения.
   
4. Подставим значения:
   F_c = 0.12 * 9.81 * cos(30°) = 0.12 * 9.81 * (√3/2) ≈ 0.12 * 9.81 * 0.866 = 1.018 Н.

5. Центробежное ускорение a_c можно выразить через радиус и скорость v:
   F_c = m * a_c,
   a_c = v² / R.

6. Поскольку F_c = m * g * cos(30°), получаем:
   m * (v² / R) = m * g * cos(30°).

7. Упростим уравнение, сократив m:
   v² / R = g * cos(30°).

8. Выразим скорость v:
   v = √(R * g * cos(30°)).
   
9. Подставим известные значения:
   v = √(0.4 * 9.81 * 0.866)
   ≈ √(3.403)
   ≈ 1.84 м/с.

10. Теперь найдем количество оборотов n за 1 секунду. Длина окружности S:
    S = 2 * π * R.

11. Подставим значение радиуса:
    S = 2 * π * 0.4 ≈ 2.513 м.

12. Количество оборотов n определяется как отношение скорости к длине окружности:
    n = v / S.

13. Подставим найденные значения:
    n = 1.84 / 2.513 ≈ 0.731 оборота в секунду.

ответ:
1. Количество оборотов, пройденное телом за 1 секунду, составляет примерно 0.73 оборота.
от