Пусть условно нулевой уровень потенциальной энергии находится в нижнем положении маятника..
Если нить маятника отклонить на 60° от вертикали, то груз поднимется на высоту:
h = L(1 - cosφ) = L(1 - cos60°) = L(1 - 0.5) = = 0.5L
Потенциальная энергия груза в этом положении будет равна
Eп = mgh = 0.5mgL
Масса груза известна m = 0.01кг, ускорение свободного падения примем
g = 10м/с². Осталось найти длину нити L.
Из известной формулы для периода математического маятника:
T = 2π·√(L/g) получим L
T² = 4π²·L/g
L = T²·g/(4π²)
Подставим полученное выражение в формулу для потенциальной энергии:
Eп = 0.5mg·T²·g/(4π²)
Eп = 0.125mg²T²/π²
Eп = 0.125·0,01·100·4/π² = 1/(2π²) ≈ 0,05(Дж)
ответ: 0,05Дж
Дано: Rз = 6,371·10⁶м - радиус Земли
g₀ = 9.81 м/с² - ускорение свободного падения на поверхности Земли
Тз = 24ч = 24·3600 = 8,64·10⁴ с - период обращения Земли вокруг своей оси
Найти: Н - высоту спутника над поверхностью Земли, при которой он "привязан" к одной точке Земли.
1) Ускорение свободного падения на высоте Н можно вычислить по ускорению свободного падения на поверхности Земли:
g = g₀·Rз²/(Rз +Н)²
2) Скорость спутника на высоте Н над поверхностью Земли c одной стороны равна
v = √(g·(R+H))= √(g₀·Rз²·(R+H)/(Rз +Н)²)) = Rз√(g₀/(Rз +Н))
а с другой стороны, чтобы спутник "завис", она должна быть равна скорости движения точки на этой орбите, жёстко связанной с Землёй, т.е.
v = 2π/T ·(Rз +Н)
Приравняем скорости:
2π/T ·(Rз +Н) = Rз√(g₀/(Rз +Н))
4π²·(Rз +Н)²/Т² = Rз²·g₀/(Rз +Н)
(Rз +Н)³ = Rз²·Т²·g₀/(4π²)
Rз +Н = ∛(Rз²·Т²·g₀/(4π²)) =
= ∛(6,371²·8,64²·10⁸·10¹²·9,81/(4π²)) =
=4,2226·10⁷м = 42226км
Н = 42226 * 6371 = 35855км
или Н/Rз = 35855/6371 ≈ 5.6
ответ: Cпутник должен находиться на высоте Н =35855км над поверхностью Земли, что составляет примерно 5,6Rз
