В подставке массой M имеется цилиндрическая выемка радиусом R. Небольшую щайбу массой m кладут на край выемки и отпускают. Найти скорость подставки в тот момент, когда шайба будет в самом нижнем положении. Трения нет.
Пусть скорость подставки в момент отпускания щайбы равна V0, тогда энергия системы в этот момент равна потенциальной энергии щайбы в самом верхнем положении (0 по высоте):
E = mgh = mgR,
где g - ускорение свободного падения, h - высота, на которую поднялась щайба.
После того, как щайба отпущена, она начнёт движение вниз, а подставка в противоположную сторону. Пусть скорость подставки в момент, когда щайба достигает самого нижнего положения, равна V. Тогда энергия системы в этот момент будет равна кинетической энергии щайбы плюс кинетической энергии подставки:
E = 0 + 1/2mV^2 + 1/2MV^2.
С учётом закона сохранения энергии, получаем:
mgR = 1/2mV^2 + 1/2MV^2.
Делим обе части равенства на m+M и получаем:
gR = 1/2V^2.
Отсюда находим скорость V:
V = sqrt(2gR).
Таким образом, скорость подставки в момент, когда щайба будет в самом нижнем положении, равна V = sqrt(2gR).
Пусть скорость подставки в момент отпускания щайбы равна V0, тогда энергия системы в этот момент равна потенциальной энергии щайбы в самом верхнем положении (0 по высоте):
E = mgh = mgR,
где g - ускорение свободного падения, h - высота, на которую поднялась щайба.
После того, как щайба отпущена, она начнёт движение вниз, а подставка в противоположную сторону. Пусть скорость подставки в момент, когда щайба достигает самого нижнего положения, равна V. Тогда энергия системы в этот момент будет равна кинетической энергии щайбы плюс кинетической энергии подставки:
E = 0 + 1/2mV^2 + 1/2MV^2.
С учётом закона сохранения энергии, получаем:
mgR = 1/2mV^2 + 1/2MV^2.
Делим обе части равенства на m+M и получаем:
gR = 1/2V^2.
Отсюда находим скорость V:
V = sqrt(2gR).
Таким образом, скорость подставки в момент, когда щайба будет в самом нижнем положении, равна V = sqrt(2gR).