Г. Гюйгенс утверждал, что если шар на невесомой и нерастяжимой нити вращается в вертикальной плоскости, то нить должна выдержать силу, равную по крайней мере ушестерённой силе тяжести, действующей на шар. Докажите это утверждение.
спросил 14 Окт, 19 от вишенка в категории школьный раздел


решение вопроса

0
Рассмотрим силы, действующие на шар в наивысшей точке вращения, точке А:

Со стороны Земли на шар действует сила тяжести mg, со стороны нити – сила реакции подвеса N. Но! Так как в качестве подвеса, по условию задачи, дана нить, то в точке А сила реакции подвеса N должна быть равна 0. В противном случае, шарик будет двигаться не по окружности, а просто падать вниз из точки А.

Учитывая это, запишем II закон Ньютона для шарика, проходящего точку А.

ma-> = mg->+ N->,

запишем теперь это уравнение в проекции на ось ОУ, помня о том, что N = 0

ma = mg,

сократив левую и правую часть уравнения на m, помня о том, что a = ϑA2/R, где R – длина нити – радиус окружности, по которой движется тело, получаем выражение

ϑA2/R = g => ϑA2 = gR. (*)

Далее, используя закон сохранения и превращения механической энергии, рассчитаем, какой скоростью будет обладать тело в низшей точке траектории, в точке В, приняв за нулевую точку отсчёта высоты точку В.

mϑA2/2 + mg2R = mϑВ2/2, сократив левую и правую часть уравнения на m, подставим выражение (*)

gR/2 + 2gR = ϑВ2/2, выразим ϑВ2

ϑВ2 = gR + 4gR = 5gR. (**)

Запишем II закон Ньютона для шарика, проходящего точку В:

ma-> = mg->+ N->,

запишем теперь это уравнение в проекции на ось ОУ с учётом знаков проекций:

ma = -mg+ N,

выразим отсюда N и воспользуемся выражением (**) для ϑВ2

N = ma+ mg = m(a+ g)= m(ϑВ2/R+ g) = m(5g + g) = 6mg

Как мы знаем, вес тела подвешенного на нити в покое равен mg.

Выражение Гюйгенса доказано.
ответил 02 Дек, 21 от Агнешка

Связанных вопросов не найдено

Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. 

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте. 

Как быстро и эффективно исправить почерк?  Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.