Какую силу натяжения будет испытывать нить в момент, когда шарик массой 200 г, висящий на нити длиной 1,5 м, снова окажется в горизонтальном положении, налетев на гвоздь, который расположен на расстоянии 1,0 м ниже точки подвеса, если его отводят в сторону без толчка?

Физика 11 класс Динамика сила натяжения шарик 200 г нить 1,5 м горизонтальное положение гвоздь 1,0 м физика 11 класс движение шарика натяжение нити механика законы физики Новый

Для решения этой задачи, давайте разберем ситуацию по шагам:

1. Определение условий задачи:
   • Масса шарика (m) = 200 г = 0,2 кг.
   • Длина нити (L) = 1,5 м.
   • Гвоздь находится на расстоянии 1,0 м ниже точки подвеса.
2. Определение высоты, на которую поднимается шарик:
   • Когда шарик находится в горизонтальном положении, его высота (h) относительно точки подвеса будет равна: h = L - 1,0 м = 1,5 м - 1,0 м = 0,5 м.
3. Определение потенциальной энергии:
   • Потенциальная энергия (Ep) шарика в верхнем положении равна: Ep = m * g * h, где g = 9,81 м/с² (ускорение свободного падения).
   • Подставляем значения: Ep = 0,2 кг * 9,81 м/с² * 0,5 м = 0,981 Дж.
4. Определение силы натяжения:
   • Когда шарик находится в горизонтальном положении, на него действуют две силы: сила тяжести (Fg) и сила натяжения (T) нити.
   • Сила тяжести (Fg) равна: Fg = m * g = 0,2 кг * 9,81 м/с² = 1,962 Н.
   • В момент, когда шарик находится в горизонтальном положении, сила натяжения будет больше силы тяжести, так как шарик находится в состоянии равновесия, но также испытывает центростремительное ускорение.
   • Сила натяжения (T) будет равна: T = Fg + m * a, где a - центростремительное ускорение.
5. Определение центростремительного ускорения:
   • Центростремительное ускорение (a) можно найти по формуле: a = v² / r, где v - скорость шарика в момент, когда он проходит горизонтальное положение, а r - радиус (длина нити).
   • Для определения скорости v, мы можем использовать закон сохранения энергии: вся потенциальная энергия преобразуется в кинетическую. Таким образом, Ep = Ek = 0,5 * m * v².
   • Подставляя значения, получаем: 0,981 Дж = 0,5 * 0,2 кг * v². Отсюда v² = 9,81, а значит v = √9,81 ≈ 3,13 м/с.
   • Теперь подставляем v в формулу для a: a = v² / L = 9,81 / 1,5 ≈ 6,54 м/с².
6. Подсчет силы натяжения:
   • Теперь мы можем найти силу натяжения: T = Fg + m * a = 1,962 Н + 0,2 кг * 6,54 м/с².
   • Считаем: T = 1,962 Н + 1,308 Н = 3,270 Н.

Ответ: Сила натяжения, которую будет испытывать нить в момент, когда шарик окажется в горизонтальном положении, составляет примерно 3,27 Н.