2.4.19. Свободный конец нити, намотанной на катушку массы $m$, закрепляют, а катушку отпускают. Какую скорость приобретает ось катушки, опустившись на расстояние $h$, если сила натяжения вертикального участка нити $T < mg$? Чему равны в этот момент полная кинетическая энергия и кинетическая энергия вращения катушки вокруг собственной оси? Массой нити и трения пренебречь.
К задаче $2.4.19$
Решение
Запишем второй закон Ньютона: $$ma=mg-T$$ Отсюда ускорение: $$a=g-\frac{T}{m}$$ Есть кинематическая формула: $$v=\sqrt{2ah}$$ Из которой вычисляем скорость: $$\boxed{v=\sqrt{2h(g-T/m)}}$$ Подставляем скорость в формулу кинетической энергии: (mV^2) / 2 $$Получаем: K_\text{поступ} = h(mg - T)$$ Запишем закон сохранения энергии: $$U = E_\text{вращ} + K_\text{поступ}$$ Потенциальная энергия (U): $$U = mgh$$ Из этого следует, что: $$\boxed{E_\text{вращ}=Th}$$