НЕСФ 2004, Специална тема — Задача 1. Математично махало с променлива дължина

Национално есенно състезание по физика, Плевен, 26 – 28 ноември 2004 г., Специална тема · 26 ноември 2004 г. · 10 т.

Условие

Малко топче с маса mm е окачено на безтегловна нишка с дължина ll и отклонено на ъгъл α\alpha (0<α≤π20 < \alpha \le \frac{\pi}{2}) спрямо вертикалата (виж Фиг.1). След като се пусне, махалото извършва свободни люлеения. Земното ускорение е gg. Намерете:

Математично махало: от точка на окачване тръгва нишка с дължина l към топче с маса m, отклонено на ъгъл α от вертикалата (пунктир); втора нишка сключва ъгъл β с вертикалата, по нея е насочена силата на опъване T, а скоростта v на топчето е перпендикулярна на нишката; вляво стрелка надолу означава земното ускорение g.
Фиг.1

а) Колко е скоростта на топчето vv, когато нишката сключва ъгъл β\beta с вертикалата (∣β∣<α|\beta| < \alpha). [1 т.]

б) Колко е силата на опъване на нишката TT, когато нишката сключва ъгъл β\beta с вертикалата (∣β∣<α|\beta| < \alpha). [2 т.]

в) Нека първоначалния ъгъл на отклонение α\alpha, изразен в radrad, е много малък (α≪1\alpha \ll 1). Използвайки резултатите от подусловие б), намерете силата на опъване на нишката TT като функция на времето. [3 т.]

г) Горният край на нишката на махалото е прокаран през малка дупка. Той започва мно-о-ого бавно и равномерно да се издърпва нагоре, в резултат на което дължината на махалото намалява с Δl\Delta l (Δl≪l\Delta l \ll l). Ако в края на издърпването промяната на максималния ъгъл на отклонение на махалото е Δα\Delta\alpha, намерете Δα/α\Delta\alpha/\alpha. [4 т.]

Отговори

Решение


Оригинал в Архива: esenni_2004_STproblems.pdf · официални решения: esenni_2004_STsolutions.pdf