Задание 21 ЕГЭ по физике

Question

В вертикальной плоскости маленький шарик, подвешенный к потолку на легкой нерастяжимой нити, совершает колебания. Угол $\alpha=40^\circ$ соответствует максимальному отклонению нити от вертикали. В момент, когда шарик движется влево-вверх, а нить образует с вертикалью угол $\beta=20^\circ$ (см. рисунок), сделайте рисунок с указанием сил, приложенных к шарику. На этом рисунке покажите, куда направлено в этот момент ускорение шарика (внутрь траектории, наружу от траектории, по нити, перпендикулярно нити). Сопротивление воздуха не учитывать. Ответ обоснуйте.

Accepted Answer

1) Изначально шарик отклонили от положения равновесия на $40^\circ$, где у него отсутствовала скорость, а потенциальная энергия была максимальна.
2) Так как натяжение нити перпендикулярно перемещению шарика и работу не совершает, будет выполняться закон сохранения энергии.
3) В нижней точке траектории модуль скорости шарика максимален, так как потенциальная энергия шарика в этой точке минимальна.
4) В точке, где отклонение шарика от положения равновесия составляет $20^\circ$, шарик еще имеет скорость, но меньше, чем в нижней точке траектории. Значит, тангенциальное ускорение шарика направлено противоположно его скорости.
5) Шарик движется по окружности, при этом на него действует центростремительное ускорение, направленное по нити.
6) Складывая тангенциальное и центростремительное ускорения получим общее ускорение, направленное согласно рисунку.
7) По второму закону Ньютона сумма сил $\vec{T}$ и $m\vec{g}$ будет сонаправлена общему ускорению.
Видеоразбор на Youtube: https://youtu.be/q22tLAFIGD4?t=5068

Задание 21 ЕГЭ по физике

Общая физика