Тема . Механика. Импульс и Энергия

.03 Закон сохранения и изменения энергии

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела механика. импульс и энергия
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#32616

Маленький шарик массой m  подвешен на нити и колеблется в вертикальной плоскости с угловой амплитудой φ0 =  arccos0,8  .
1) Найти минимальную силу натяжения нити при колебаниях.
2) Найти максимальную силу натяжения нити при колебаниях.
3) Найти касательное ускорение шарика в момент, когда сила натяжения нити в 1,5  раза больше её минимального значения.
(«Физтех», 2016, 10–11)

Источники: Физтех, 2016, 10-11

Показать ответ и решение

Пусть α  – угол между вертикалью и силой натяжения нити.

PIC

Тогда второй закон Ньютона запишется в виде (ось направляем по нити вверх)

                   2
mg cosα −  T =  mv--,
                 l

где l  – длина нити.
Запишем также закон сохранения энергии

                  mv2                      mv2
mgl (1 − cosφ0) = -----+ mgl (1 − cosα ) ⇒ -----=  2mg (cosα − cos φ0)
                    2                        l

Тогда второй закон Ньютона перепишется в виде

T −  mg cosα =  2mg (cosα −  cosφ ) ⇒  T = 3mg  cosα −  2mg cos φ
                                 0                               0

1) Минимальная сила натяжения будет при α = φ0

Tmin = mg  cosφ0 =  0,8mg

2) Максимальная при α = 0∘

Tmax = 3mg  − 2mg  cosφ0 =  1,4mg

3) По условию T3 = 1, 5Tmin = 1,2mg  . Найдем угол между вертикалью и силой натяжения нитью β  , запишем для этого второй закон Ньютона в проекции на оси:

(
|
||| ma τ = mg  sin β
{                  mv21-
| T3 − mg  cosβ =   l
||| mv21                          mv21
( -----=  mgl(cos β − cosφ0 ) ⇒ -----= 2mgl (cos β − cosφ0 )
    2                             l

Из последних двух уравнений

                                       T  + 2mg  cosφ     2,8mg     14
T3 = 3mg  cosβ − 2mg  cosφ0 ⇒  cosβ  = -3-------------0=  -------=  ---
                                             3mg             3      15

Откуда sin β

        ∘ ----------   √ ---
          225-−--196   --29-
sinβ =       225     =  15

Откуда aτ

     √ ---
aτ = --29g
      15
Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!