Единичная муха (m = 1 кг, v = 1 м/с) скользит лапами без трения по единичной плоскости Лобачевского (k = -1/м^2) головой вперед, а к правому боку мухи приложена постоянная по модулю сила F, направленная в каждой точке по нормали к траектории. При каком значении F (в ньютонах) траектория мухи представляет из себя окружность?
Чтобы определить значение силы F F F, при котором траектория мухи представляет собой окружность, нужно проанализировать движение этого объекта на поверхности с постоянной отрицательной кривизной плоскостьЛобачевскогоплоскость ЛобачевскогоплоскостьЛобачевского.
Для окружности радиусом R R R на поверхности с кривизной k=−1 k = -1 k=−1тоестьспостояннымотрицательнымзначениемто есть с постоянным отрицательным значениемтоестьспостояннымотрицательнымзначением, centripetal acceleration ac a_c ac будет равна:
ac=v2R.
a_c = \frac{v^2}{R}. ac=Rv2.
Мы знаем, что на плоскости Лобачевского радиус окружности связан с кривизной следующим образом:
R=1k=−1 (в нашем случае, так как k=−1).
R = \frac{1}{k} = -1 \text{ (в нашем случае, так как } k = -1). R=k1=−1 (внашемслучае, таккакk=−1).
Таким образом, радиус окружности будет равен 1.
Теперь, подставим значение радиуса окружности в уравнение для центробежного ускорения:
Чтобы определить значение силы F F F, при котором траектория мухи представляет собой окружность, нужно проанализировать движение этого объекта на поверхности с постоянной отрицательной кривизной плоскостьЛобачевскогоплоскость ЛобачевскогоплоскостьЛобачевского.
Для окружности радиусом R R R на поверхности с кривизной k=−1 k = -1 k=−1 тоестьспостояннымотрицательнымзначениемто есть с постоянным отрицательным значениемтоестьспостояннымотрицательнымзначением, centripetal acceleration ac a_c ac будет равна:
ac=v2R. a_c = \frac{v^2}{R}.
ac =Rv2 .
Мы знаем, что на плоскости Лобачевского радиус окружности связан с кривизной следующим образом:
R=1k=−1 (в нашем случае, так как k=−1). R = \frac{1}{k} = -1 \text{ (в нашем случае, так как } k = -1).
R=k1 =−1 (в нашем случае, так как k=−1).
Таким образом, радиус окружности будет равен 1.
Теперь, подставим значение радиуса окружности в уравнение для центробежного ускорения:
ac=v2R=121=1 м/с2. a_c = \frac{v^2}{R} = \frac{1^2}{1} = 1 \text{ м/с}^2.
ac =Rv2 =112 =1 м/с2.
Сила, действующая на муху в направлении нормали к траектории, должна соответствовать массе мухи и центробежному ускорению:
F=m⋅ac=1 кг⋅1 мс2=1 Н. F = m \cdot a_c = 1 \, \text{кг} \cdot 1 \, \frac{\text{м}}{\text{с}^2} = 1 \, \text{Н}.
F=m⋅ac =1кг⋅1с2м =1Н.
Таким образом, сила F F F, при которой траектория мухи будет представлять собой окружность, равна:
1 Н. \boxed{1} \text{ Н}.
1 Н.