Физика, домашнее задание! Лёгкий стержень с грузом массой m = 0,2 кг на одном конце может свободно вращаться вокруг горизонтальной оси, проходящей через другой конец. Сначала груз удерживают в верхнем положении (стержень вертикален), а затем отпускают. Чему равно натяжение стержня в тот момент, когда он проходит горизонтальное положение? Ответ укажите в ньютонах с точностью до целых.
Для нахождения натяжения стержня в момент прохождения грузом горизонтального положения рассмотрим кинетическую энергию груза в этот момент.
Наибольшая кинетическая энергия будет у груза в горизонтальном положении, когда его скорость будет наибольшей. При достижении горизонтального положения потенциальная энергия груза полностью перейдет в кинетическую.
При вертикальном положении потенциальная энергия груза равна mgh, где h - высота груза над горизонтальным положением. При горизонтальном положении кинетическая энергия груза равна mv^2/2, где v - скорость груза.
mgh = mv^2/2 gh = v^2/2 v = √(2gh)
По закону сохранения механической энергии в момент достижения грузом горизонтального положения потенциальная энергия превращается в кинетическую:
mgh = T * L, где T - натяжение стержня в момент прохождения грузом горизонтального положения, L - длина стержня.
mgh = T L mgh = m √(2gh) L gh = √(2gh) L L = √2h
T = m √(2gh) T = 0.2 кг √(2 9.81 м/с^2 2 L) T = 0.2 √(39.24 L) T = 0.2 6.27 √L T ≈ 1.254 √L
Таким образом, натяжение стержня в тот момент, когда он проходит горизонтальное положение, равно около 1.254 умножить на корень из длины стержня в ньютонах с точностью до целых.
Для нахождения натяжения стержня в момент прохождения грузом горизонтального положения рассмотрим кинетическую энергию груза в этот момент.
Наибольшая кинетическая энергия будет у груза в горизонтальном положении, когда его скорость будет наибольшей. При достижении горизонтального положения потенциальная энергия груза полностью перейдет в кинетическую.
При вертикальном положении потенциальная энергия груза равна mgh, где h - высота груза над горизонтальным положением. При горизонтальном положении кинетическая энергия груза равна mv^2/2, где v - скорость груза.
mgh = mv^2/2
gh = v^2/2
v = √(2gh)
По закону сохранения механической энергии в момент достижения грузом горизонтального положения потенциальная энергия превращается в кинетическую:
mgh = T * L, где T - натяжение стержня в момент прохождения грузом горизонтального положения, L - длина стержня.
mgh = T L
mgh = m √(2gh) L
gh = √(2gh) L
L = √2h
T = m √(2gh)
T = 0.2 кг √(2 9.81 м/с^2 2 L)
T = 0.2 √(39.24 L)
T = 0.2 6.27 √L
T ≈ 1.254 √L
Таким образом, натяжение стержня в тот момент, когда он проходит горизонтальное положение, равно около 1.254 умножить на корень из длины стержня в ньютонах с точностью до целых.