3.3.28. К маятнику $AB$ с шариком массы $M$ подвешен маятник $BC$ с шариком массы $m$. Точка $A$ совершает гармонические колебания по горизонтали с частотой $\omega$. Найдите длину нити $BC$, если известно, что нить $AB$ все время остается вертикальной.
К задаче $3.3.28$
Решение
На систему тел массами $M$ и $m$ не действуют внешние горизонтальные силы, поэтому по горизонтали центр масс этих тел двигаться не должен. Пусть масса $m$ в общем случае колеблется с малой амплитудой, тогда и по вертикали центр масс указанных тел практически не движется.
Обозначим точку центра масс тел через $D$. Получается, что масса $m$ колеблется так, как будто подвешена в неподвижной(!) точке $D$ на нити длиной $DC$. Запишем период ее колебаний
$$T_m=2\pi\sqrt{\dfrac{DC}{g}}.$$
Ясно, что для неподвижности точки $D$ период колебаний точки $A$ должен быть равен периоду колебаний массы $m$ на нити $DC$:
$$T_m=T_A=\frac{2\pi}{\omega}.$$
Длина нити $DC$ находится через определение центра масс
$$DC=\frac{BC\cdot M}{M+m}.$$
Из всех предыдущих уравнений получаем
$$BC=\frac{g(M+m)}{\omega^2M}.$$
Литература
М. Бондаров. ВП по имени Центр масс. «Квант», 2015, №5–6.