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

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

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 $14.7 \text{ Н}$.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы 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.