Условие
2.4.9∗. На концах длинной нити подвешены грузы массы m каждый. Нить
перекинута через два легких маленьких блока, расположенных на расстоянии 2l
друг от друга. К ней посередине между блоками прикрепляют груз массы 2m, исистема приходит в движение.
Пример условия:
Найдите скорость грузов по истечении достаточно
большого промежутка времени.
Решение
Формулировка задачи предполагает, что по истечении достаточно большого промежутка времени скорости всех грузов станут постоянными (установившиеся скорости). Убедимся в этом, иначе попытки решать задачу могут оказаться бесплодными. Когда средний груз опустится далеко вниз (нить допускает это, она "достаточно длинная"), нити, ведущие к нему, сольются в одну (угол между нитями станет весьма мал) и будут практически вертикальны. Очевидно, что в таком положении вес среднего груза уравновесится весами крайних грузов, и, следовательно, все грузы будут двигаться без ускорений. Их движение будет происходить по инерции с установившейся скоростью
Размерами блоков мы пренебрегаем. Из чертежа видно, что средний груз опустится при этом на расстояние
Ha основании закона сохранения прирост кинетической энергии системы равен убыли ее потенциальной энергии. Уменьшение потенциальной энергии определяется выражением
В пределе при
Кинетическая энергия грузов при установившемся движении такова, что
Из соотношений (1), (2) находим установившуюся скорость