При свободном падении проходимый телом путь выражается формулой s=g*t²/2. Полагая g=10 м/с², находим путь, проходимый телом за одну, две и три секунды: s1=10/2=5 м, s2=10*4/2=20 м, s3=10*9/2=45 м. Отсюда средняя скорость за первую секунду v1=s1/1=5 м/с, за вторую - v2=(s2-s1)/(2-1)=15 м/с, за третью - v3=(s3-s2)/(3-2)=25 м. За n-1 секунд тело пройдёт путь s(n-1)=g*(n-1)²/2=5*(n-1)² м, а за n секунд - путь s(n)=g*n²/2=5*n² м. Тогда средняя скорость за n-ную секунду v(n)= (s(n)-s(n-1))/(n-(n-1))=5*n²-5*(n-1)²=5*n²-5*n²+10*n-5=10*n-5 м/с.
1) Первое, что мы можем найти, особо не думая, - это скорость точки шара, которая соприкасается с рельсом Vp:
Vp = S / t. (1)
2) А теперь самое интересное. Так как угловая скорость равна углу поворота радиус-вектора за единицу времени (которое у нас для обеих скоростей одинаково), то W1 = W2 (для дальнейшего погружения в решение советую открыть рисунок):
Vp / h = V / (h + R). (2)
Из теоремы Пифагора находим h:
h = sqrt ( R^2 - (l/2)^2 ). (3)
Выражаем горизонтальную скорость из уравнения (2):
V = Vp (h + R) / h.
С учетом формулы (3) и (1) получаем:
V = S ( sqrt(R^2 - (l^2/4) ) + R ) / t sqrt(R^2 - (l^2/4)
