Правка разделов «Правильное решение», «Альтернативное решение», «Ответ»

emixter правка от
правка #14561 предыдущая #14560 ← раньше позже →
@@ -22,3 +22,61 @@Правильное решение
К вопросу о горизонтальном направлении ускорения
![|640x309, 120%](../../img/2.3.22/2.3.22.jpg)
+
+В ответе задачника ошибка/опечатка.
+
+### Альтернативное решение
+
+Найдём угол отклонения нити от вертикали, при котором ускорение шарика будет иметь горизонтальное направление ещё одним способом. Будем использовать рисунок из правильного решения.
+
+Поскольку центростремительное ускорение ($\vec a_{n}$) направлено вдоль нити, а тангенциальное ($\vec a_{\tau}$) — перпендикулярно нити, их векторная сумма образует прямоугольный треугольник. Для того чтобы суммарное ускорение было горизонтально, сумма векторов $\vec a_{n}$ и $\vec a_{\tau}$ должна быть горизонтальна. В искомой точке вертикальная составляющая результирующего вектора должна быть равна 0:
+
+$$a_{верт}=a_{n}\cos\alpha-a_{\tau}\sin\alpha=0$$
+
+Отсюда:
+
+$$a_{n}\cos\alpha=a_{\tau}\sin\alpha \tag{1}$$
+
+Тангенциальное ускорение обусловлено силой тяжести: $a_{\tau}=g\sin\alpha \tag{2}$.
+
+Центростремительное ускорение равно:
+
+$$a_{n}=\frac{\upsilon^{2}}{R}$$
+
+Скорость в искомой точке найдём из закона сохранения энергии. Нулевой уровень потенциальной энергии примем нижнее положение шарика на траектории. Тогда:
+
+$$mgR=\frac{m\upsilon^{2}}{2}+mgR(1-\cos\alpha)$$
+$$\upsilon^{2}=2gR\cos\alpha$$
+
+Следовательно,
+
+$$a_{n}=2g\cos\alpha \tag{3}$$
+
+Подставим (2) и (3) в (1):
+
+$$2g\cos\alpha \cdot \cos\alpha=g\sin\alpha \cdot \sin\alpha$$
+$$(\tan\alpha)^{2}=2$$
+$$\tan\alpha=\sqrt{2}$$
+
+Отсюда:
+
+$$\alpha=\arctan(\sqrt{2})$$
+
+Чтоб не смущать читателей, покажу, что $\tan\alpha=\sqrt{2}$ это тоже самое, что $\cos\alpha=\frac{1}{\sqrt{3}}$:
+
+$$(\tan\alpha)^{2}=2$$
+$$\frac{\sin^{2}\alpha}{\cos^{2}\alpha}=2$$
+$$\frac{1-\cos^{2}\alpha}{\cos^{2}\alpha}=2$$
+$$1-\cos^{2}\alpha=2\cos^{2}\alpha$$
+$$\cos^{2}\alpha=\frac{1}{3}$$
+$$\cos\alpha=\frac{1}{\sqrt{3}}$$
+
+### Ответ:
+
+Ускорение направлено горизонтально в точке, где угол отклонения нити от вертикали равно:
+
+$$\alpha=\arccos\frac{1}{\sqrt{3}}$$
+
+или через тангенс:
+
+$$\alpha=\arctan(\sqrt{2})$$