Физика. Домашние задания. Шар массой 1,1 кг, подвешенный на нити длинной 2,6 м, отклоняют от положения равновесия на угол 45 градусов и отпускают. Чему равна скорость шара при прохождении положения равновесия? Ответ приведите в м/с и округлите до одного знака после запятой. При расчетах примите значение ускорения свободного падения равным 10 м/с2.
Для решения этой задачи можно использовать закон сохранения энергии. Потенциальная энергия шара при отклонении на угол 45 градусов преобразуется в кинетическую энергию при прохождении положения равновесия.
Определим высоту подъема шара. Шар отклоняется на угол 45 градусов. Длина нити ( L = 2.6 \, \text{м} ), тогда высота ( h ) от положения равновесия до положения, когда шар отклонен, можно найти с использованием косинуса угла:
[ h = L - L \cos(\theta) = L (1 - \cos(\theta)) ]
где (\theta = 45^\circ), (\cos(45^\circ) = \frac{\sqrt{2}}{2}).
Для решения этой задачи можно использовать закон сохранения энергии. Потенциальная энергия шара при отклонении на угол 45 градусов преобразуется в кинетическую энергию при прохождении положения равновесия.
Определим высоту подъема шара. Шар отклоняется на угол 45 градусов. Длина нити ( L = 2.6 \, \text{м} ), тогда высота ( h ) от положения равновесия до положения, когда шар отклонен, можно найти с использованием косинуса угла:
[
h = L - L \cos(\theta) = L (1 - \cos(\theta))
]
где (\theta = 45^\circ), (\cos(45^\circ) = \frac{\sqrt{2}}{2}).
[
h = 2.6 \, \text{м} \left(1 - \frac{\sqrt{2}}{2}\right) \approx 2.6 \, \text{м} \times 0.2929 \approx 0.761 \, \text{м}
]
Посчитаем потенциальную энергию на высоте ( h ):
[
PE = mgh = 1.1 \, \text{кг} \times 10 \, \text{м/с}^2 \times 0.761 \, \text{м} \approx 8.371 \, \text{Дж}
]
Кинетическая энергия при прохождении положения равновесия:
В положении равновесия вся потенциальная энергия перейдет в кинетическую энергию:
[
KE = \frac{1}{2} mv^2
]
Приравниваем потенциальную и кинетическую энергии:
[
mgh = \frac{1}{2} mv^2
]
Упрощаем уравнение, деля обе стороны на ( m ) (можно, так как ( m \neq 0 )):
[
gh = \frac{1}{2} v^2
]
Решим для ( v ):
[
v^2 = 2gh
]
[
v = \sqrt{2gh} = \sqrt{2 \times 10 \, \text{м/с}^2 \times 0.761 \, \text{м}} \approx \sqrt{15.22} \approx 3.9 \, \text{м/с}
]
Таким образом, скорость шара при прохождении положения равновесия составляет примерно ( \boxed{3.9} \, \text{м/с} ).