Номер 16, страница 50 - гдз по физике 11 класс самостоятельные и контрольные работы Ерюткин, Ерюткина

Физика, 11 класс Самостоятельные и контрольные работы, авторы: Ерюткин Евгений Сергеевич, Ерюткина Светлана Григорьевна, издательство Просвещение, Москва, 2020

Авторы: Ерюткин Е. С., Ерюткина С. Г.

Тип: Самостоятельные и контрольные работы

Серия: классический курс

Издательство: Просвещение

Год издания: 2020 - 2025

Уровень обучения: базовый и углублённый

Цвет обложки: фиолетовый

ISBN: 978-5-09-097-598-8

Популярные ГДЗ в 11 классе

Законы сохранения в механике. Задачи для повторения - номер 16, страница 50.

№16 (с. 50)
Условие. №16 (с. 50)
скриншот условия
Физика, 11 класс Самостоятельные и контрольные работы, авторы: Ерюткин Евгений Сергеевич, Ерюткина Светлана Григорьевна, издательство Просвещение, Москва, 2020, страница 50, номер 16, Условие

16. Шарику массой 250 г, подвешенному на нити, сообщили минимальную скорость, при которой он ещё может описывать окружность в вертикальной плоскости. Определите силу натяжения нити при прохождении шариком положения равновесия.

Решение. №16 (с. 50)

Дано:

$m = 250 \text{ г}$

$m = 0.25 \text{ кг}$

$g \approx 9.8 \frac{\text{м}}{\text{с}^2}$

Найти:

$T$ - сила натяжения нити в положении равновесия (нижней точке траектории).

Решение:

Минимальная скорость, при которой шарик может описать окружность в вертикальной плоскости, соответствует условию, когда сила натяжения нити в верхней точке траектории обращается в ноль ($T_в = 0$). В этот момент единственной силой, сообщающей центростремительное ускорение, является сила тяжести.

1. Рассмотрим силы, действующие на шарик в верхней точке траектории. По второму закону Ньютона в проекции на радиальную ось, направленную к центру окружности (вниз):

$T_в + mg = m a_ц$

где $T_в$ - сила натяжения нити в верхней точке, $m$ - масса шарика, $g$ - ускорение свободного падения, $a_ц = \frac{v_в^2}{L}$ - центростремительное ускорение, $v_в$ - скорость шарика в верхней точке, $L$ - длина нити (радиус окружности).

$T_в + mg = m \frac{v_в^2}{L}$

По условию минимальной скорости $T_в = 0$, следовательно:

$mg = m \frac{v_в^2}{L}$

Отсюда находим квадрат скорости в верхней точке:

$v_в^2 = gL$

2. Теперь воспользуемся законом сохранения механической энергии, чтобы найти скорость шарика в нижней точке (в положении равновесия). Примем за нулевой уровень потенциальной энергии положение равновесия. Тогда в нижней точке высота $h_н = 0$, а в верхней $h_в = 2L$.

Энергия в верхней точке: $E_в = \frac{mv_в^2}{2} + mgh_в = \frac{mv_в^2}{2} + mg(2L)$

Энергия в нижней точке: $E_н = \frac{mv_н^2}{2} + mgh_н = \frac{mv_н^2}{2}$

По закону сохранения энергии $E_в = E_н$:

$\frac{mv_н^2}{2} = \frac{mv_в^2}{2} + 2mgL$

Подставим найденное ранее выражение для $v_в^2 = gL$:

$\frac{mv_н^2}{2} = \frac{m(gL)}{2} + 2mgL = \frac{5}{2}mgL$

Отсюда находим квадрат скорости в нижней точке:

$v_н^2 = 5gL$

3. Рассмотрим силы, действующие на шарик в положении равновесия (нижней точке траектории). По второму закону Ньютона в проекции на радиальную ось, направленную к центру окружности (вверх):

$T_н - mg = m \frac{v_н^2}{L}$

где $T_н$ - искомая сила натяжения нити в нижней точке. Выразим $T_н$:

$T_н = mg + m \frac{v_н^2}{L}$

Подставим выражение для $v_н^2 = 5gL$:

$T_н = mg + m \frac{5gL}{L} = mg + 5mg = 6mg$

4. Вычислим значение силы натяжения:

$T_н = 6 \cdot 0.25 \text{ кг} \cdot 9.8 \frac{\text{м}}{\text{с}^2} = 1.5 \text{ кг} \cdot 9.8 \frac{\text{м}}{\text{с}^2} = 14.7 \text{ Н}$

Ответ:

Сила натяжения нити при прохождении шариком положения равновесия равна $14.7 \text{ Н}$.

Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.

Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz

Присоединиться

Мы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 11 класс, для упражнения номер 16 расположенного на странице 50 к самостоятельным и контрольным работам серии классический курс 2020 года издания для учащихся школ и гимназий.

Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №16 (с. 50), авторов: Ерюткин (Евгений Сергеевич), Ерюткина (Светлана Григорьевна), ФГОС (старый) базовый и углублённый уровень обучения учебного пособия издательства Просвещение.