НПСФ 2010, 11–12 клас — Задача 3. Мънисто върху тел
Национално пролетно състезание по физика 2010, Тема за 11 и 12 клас · 13 март 2010 г. · 10 т.
Условие
Гладка тел е огъната под формата на част от окръжност, както е показано на Фигура 3а. Уравнението на окръжността се задава като . На телта е намушено мънисто М (топче с дупка), което може да се хлъзга по телта с пренебрежимо малко триене.

а) Ако топчето първоначално е поставено на височина върху телта и се пусне да се хлъзга свободно по телта, то пресметнете скоростта на топчето, когато то се намира в най-ниската точка с координати [2т].
б) За предишната подточка определете проекциите и на скоростта на топчето като функция на координатата [4т].
в) Ако телта се върти равномерно в кръг около вертикалната ос Оу с ъглова скорост (Фигура 3б), то намерете координатите и на устойчивото равновесно положение на топчето [4т].
Решение
а) Понеже няма триене между мънистото и телта, то енергията се запазва
за най ниската точка от пътя си (), топчето ще има скорост [2т]
б) Скоростта на мънистото е винаги насочена по допирателната към телта, тоест допирателна към окръжността, която се дава с функцията можем да разложим на две компоненти и по следния начин:
Където и
в) Когато телта се върти, то енергията на топчето е:
Това е квадратично уравнение по и устойчивото равновесно положение е в минимума на параболата:
Оригинал в Архива: proletni_2010_11-12problems.pdf · официални решения: proletni_2010_11-12solutions.pdf