3) 5,0 см
Объяснение:
Дано:
m = 100 г = 0,1 кг
ω = 2,0 рад/с
k = 4,0 Н/м
L₀ = 45,4 cv = 0,454 м
________________
Δx - ?
1)
Запишем закон Гука:
F = k*Δx = 4,0*Δx. (1)
2)
Находим линейную скорость шарика:
V = ω*R.
Центростремительное ускорение
а = V² /R
Тогда сила:
F = m*a = m*V²/R = m*ω²*R² / R = m*ω²*R = m*ω²*(L₀+Δx)
F = 0,1*2,0²*(0,454+Δx) = 0,4*(0,454+Δx) ≈ 0,18 + 0,4*Δx (2)
3)
Приравниваем (1) и (2)
4,0*Δx = 0,18 + 0,4*Δx
3,6*Δx = 0,18
Δx = 0,18/3,6 = 0,05 м или 5,0 см
Потенциальная энергия груза отведенного на угол 60 градусов с вертикалью равна
Eн= mgl/2 = 1 Дж
Эта энергия перейдет в кинетическую энергию маленького тела в момент удара
mv^2/2 = 1
откуда
v= 2 м/с
Импульс маленького тела в момент удара mv= 1 кг*м /с
Он сохранится , как и энергия - удар упругий.
После удара
Mv1-mv2=1
3v1-v2=2
Mv1^2/2 + mv2^2/2 = 1
3v1^2+v2^2= 4
Откуда
v1= 1 м/c
v2= 1 м/с
Энергия большого тела после удара равна
E1 = Mv1^2/2 = 0.75 Дж
Проверим
E2 = mV2^2/2 = 0.25 Дж - сумма 1 Дж - все верно.
E1 уйдет на работу силы трения
Fт = kMg на пути s=0.2 м
A = Fт*s = E1
3k= 0.75
k=0.25
