Через блок массой М, укрепленный на горизонтальной оси, проходящей через его центр перекинута невесомая нерастяжимая нить. К концам нити прикреплены грузы массой m1 и m2. На каком расстоянии будут находится грузы через время t, если первоначально они находились на одной высоте. Блок считать однородным диском, m1 > m2.
Для решения этой задачи воспользуемся законом сохранения механической энергии. Пускай Груз m1 находится на расстоянии x1 от центра блока, а груз m2 на расстоянии x2.
На начальном этапе потенциальная энергия грузов равна их кинетической энергии:
m1 g x1 + m2 g x2 = 0
После времени t, грузы спустятся на расстояния x1' и x2', и их потенциальная энергия будет равна:
m1 g x1' + m2 g x2'
Поскольку нить нерастяжимая, то изменение длины нити равно изменению радиуса блока:
x1 - x1' = R - R = 0
x2 - x2' = - R * π
Таким образом, новые расстояния от грузов до центра блока будут:
x1' = x1
x2' = x2 - R * π
Тогда потенциальная энергия грузов после времени t будет:
m1 g x1 + m2 g (x2 - R * π)
С учетом закона сохранения механической энергии и того, что начальная потенциальная энергия равна 0, выразим x1 и x2:
m1 g x1 + m2 g (x2 - R * π) = 0
m1 g x1 + m2 g x2 - m2 g R * π = 0
m1 g x1 = m2 g R π - m2 g * x2
x1 = (m2 g R π - m2 g x2) / (m1 g)
Запишем уравнение для x2:
m1 g x1 + m2 g x2 = 0
m1 (m2 g R π - m2 g x2) / (m1 g) + m2 g * x2 = 0
m2 R π - m2 x2 + m2 x2 = 0
m2 R π = m2 * x2
x2 = R * π
Таким образом, расстояние между грузами через время t будет равно R * π.
Для решения этой задачи воспользуемся законом сохранения механической энергии. Пускай Груз m1 находится на расстоянии x1 от центра блока, а груз m2 на расстоянии x2.
На начальном этапе потенциальная энергия грузов равна их кинетической энергии:
m1 g x1 + m2 g x2 = 0
После времени t, грузы спустятся на расстояния x1' и x2', и их потенциальная энергия будет равна:
m1 g x1' + m2 g x2'
Поскольку нить нерастяжимая, то изменение длины нити равно изменению радиуса блока:
x1 - x1' = R - R = 0
x2 - x2' = - R * π
Таким образом, новые расстояния от грузов до центра блока будут:
x1' = x1
x2' = x2 - R * π
Тогда потенциальная энергия грузов после времени t будет:
m1 g x1 + m2 g (x2 - R * π)
С учетом закона сохранения механической энергии и того, что начальная потенциальная энергия равна 0, выразим x1 и x2:
m1 g x1 + m2 g (x2 - R * π) = 0
m1 g x1 + m2 g x2 - m2 g R * π = 0
m1 g x1 = m2 g R π - m2 g * x2
x1 = (m2 g R π - m2 g x2) / (m1 g)
Запишем уравнение для x2:
m1 g x1 + m2 g x2 = 0
m1 (m2 g R π - m2 g x2) / (m1 g) + m2 g * x2 = 0
m2 R π - m2 x2 + m2 x2 = 0
m2 R π = m2 * x2
x2 = R * π
Таким образом, расстояние между грузами через время t будет равно R * π.