Нормальное g₁ и тангенциальное g₂ ускорения связаны с мгновенным значением угла ф вектора скорости следующими соотношениями:
g₁ = gCosф
g₂ = gSinф
Очевидно, что их равенство достигается при ф = 45°
то есть когда вертикальная и горизонтальная составляющие скорости свободно летящего тела оказываются равны друг другу.
Таким образом, задача сводится к определению высоты, на которой постоянная величина горизонтальной составляющей скорости
v₀₁ = v₀Cosα
становится равной вертикальной составляющей скорости
v₂, которая во время полёта меняется по величине от
v₀₂ = v₀Sinα
в момент броска и до
v₂ = 0
на максимальной высоте.
Можно показать, что в любой момент полёта текущее значение вертикальной составляющей скорости связано с начальным значением вертикальной составляющей скорости и текущей высотой следующим равенством:
mv₂²/2 + mgh = mv₀₂²/2 = mv₀²Sin²α/2
или, сокращая m
v₂²/2 + gh = v₀²Sin²α/2
При достижении значения v₂ величины горизонтальной составляющей
v₀₁ = v₀Cosα
вертикальная и горизонтальная составляющая становятся равными друг другу, полный вектор скорости обретает наклон 45° к горизонту и нормальное ускорение становится равным тангенциальному.
Подставим эту величину в равенство, связывающее текущее значение высоты с вертикальной составляющей мгновенной скорости:
v₀²Cos²α + 2gh = v₀²Sin²α
откуда получим выражение для искомой высоты:
h = (v₀²Sin²α - v₀²Cos²α)/2g = v₀²(Sin²α - Cos²α)/2g = v₀²(3/4 - 1/4)/2g = v₀²/4g
h = v₀²/4g
Потомучто плотность пластикого стакана и воды меньше чем плотность стекла и воды!
Дано:
m = 100 г = 0.1 кг;
h=4R;
P - ?
Решение:
Запишем второй закон Ньютона для шарика при прохождении нижней точки траектории: N+mg+ma=0;
N - сила реакции опоры. Она противоположна по направлению и равна по модулю P: P=-N. Тогда mg+ma=-N; m(a+g)=P.
Массу шарика мы знаем, ускорение свободного падения равно 10 м/с². Остается найти центростремительное ускорение a.
a=V²/R.
По закону сохранения механической энергии, вся потенциальная энергия, которой обладал шар в момент, когда его отпустили, перейдет в кинетическую:
Ep=Ek;
mgh=mV²/2;
V²=2gh;
V²=8gR (т. к. h=4R по условию);
Значит a=V²/R=8gR/R=8g.
Осталось просто подставить наше найденное ускорение и посчитать)
P=m(a+g)=m(8g+g)=9mg=9*0.1*10=9 Н.
Ответ: 9 Н.
