Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Задание № 1529
i

Во­круг вер­ти­каль­ной оси Оу с по­сто­ян­ной уг­ло­вой ско­ро­стью \omega вра­ща­ют­ся два не­боль­ших груза, под­ве­шен­ных на лёгкой не­рас­тя­жи­мой нити. Верх­ний конец нити при­креплён к оси (см. рис.). Если масса вто­ро­го груза m2  =  44 г, то масса пер­во­го груза m1 равна ... г.

При­ме­ча­ние. Мас­штаб сетки вдоль обеих осей оди­на­ков.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Изоб­ра­зим силы, дей­ству­ю­щие на каж­дый гру­зик.

Оба тела дви­жут­ся по окруж­но­сти, сле­до­ва­тель­но, дви­жут­ся с цен­тро­стре­ми­тель­ным уско­ре­ни­ем. Цик­ли­че­ская ча­сто­та вра­ще­ния обоих тел оди­на­ко­ва. По ри­сун­ку ра­ди­ус окруж­но­сти вто­ро­го тела в 2 раза боль­ше ра­ди­у­са окруж­но­сти пер­во­го тела. Сле­до­ва­тель­но, уско­ре­ние вто­ро­го тела в 2 раза боль­ше, чем уско­ре­ние пер­во­го тела  левая круг­лая скоб­ка a_ц=\omega в квад­ра­те R пра­вая круг­лая скоб­ка .

За­пи­шем вто­рой закон Нью­то­на для каж­до­го тела:

\vec T_1 плюс \vec T_2 плюс m_1\vec g=m_1\vec a_1,

\vec T_2 плюс m_2\vec g=m_2\vec a_2.

Най­дем про­ек­ции на оси Ox и Oy, обо­зна­чив углы  альфа   — пер­вой силы на­тя­же­ния с осью Оy,  бета   — вто­рой силы на­тя­же­ния с осью Оy.

T_1 синус альфа минус T_2 синус бета =m_1a_1,

T_1 ко­си­нус альфа минус T_2 ко­си­нус бета =m_1g,

T_2 синус бета =m_2a_2,

T_2 ко­си­нус бета =m_2g.

При де­ле­нии 3 урав­не­ния на 4 по­лу­ча­ем:

 тан­генс бета = дробь: чис­ли­тель: a_2, зна­ме­на­тель: g конец дроби .

Из ри­сун­ка сле­ду­ет, что угол  бета =45 гра­ду­сов, от­ку­да сле­ду­ет, что a2  =  g, а из опи­сан­но­го выше a_1= дробь: чис­ли­тель: g, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Пре­об­ра­зу­ем урав­не­ния 1 и 2:

T_1 синус альфа =m_1a_1 плюс T_2 синус бета ,

T_1 ко­си­нус альфа =m_1g плюс T_2 ко­си­нус бета .

Учи­ты­вая урав­не­ния 3 и 4, а также вывод о пер­вом уско­ре­нии, по­лу­ча­ем:

T_1 синус альфа =m_1 дробь: чис­ли­тель: g, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс m_2g,

T_1 ко­си­нус альфа =m_1g плюс m_2g.

Раз­де­лив одно урав­не­ние на дру­гое, по­лу­чим:

tg альфа = дробь: чис­ли­тель: дробь: чис­ли­тель: m_1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс m_2, зна­ме­на­тель: m_1 плюс m_2 конец дроби .

Из ри­сун­ка на­хо­дим, что  тан­генс альфа = дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби . Тогда по­лу­ча­ем со­от­но­ше­ние: m1  =  2m2  =  2 · 44  =  88 г.

 

Ответ: 88.

Источник: Цен­тра­ли­зо­ван­ное те­сти­ро­ва­ние по фи­зи­ке, 2020
Сложность: III