На конце горизонтальной доски длиной d ＝ 10 см, равномерно вращающейся вокруг вертикальной оси, проходящей через ее середину, укреплен перпендикулярно доске столбик. Какова частота ν вращения доски, если нить длиной l ＝ 8 см, при- вязанная к вершине столбика, отклонилась от вертикали на угол α ＝ 40°?
Школьник должен знать следующие понятия:
- Частота вращения - это количество полных оборотов, совершаемых объектом за единицу времени. Обычно измеряется в оборотах в секунду (об/с).
- Угловое ускорение - это мера изменения угловой скорости объекта.
- Угловая скорость - это скорость изменения угла. Обычно измеряется в радианах в секунду (рад/с).
Приступим к решению задачи:
1. Сначала нам нужно найти значение угловой скорости (ω). Угловая скорость определяется формулой:
ω = (2π * ν), где ν - частота вращения в оборотах в секунду.
2. Далее нам нужно найти угловое ускорение (α). Угловое ускорение связано с угловой скоростью следующим соотношением:
α = (ω^2 * r), где r - радиус вращения объекта.
3. Зная, что нить отклонилась на угол α = 40° и радиус равен 8 см, мы можем записать формулу с помощью которой можно найти угловое ускорение:
α = g * sin(θ), где g - ускорение свободного падения (9.8 м/с^2), θ - угол отклонения нити от вертикали.
4. Выразим угловое ускорение α и угловую скорость ω через промежуточные величины:
α = ω^2 * r и α = g * sin(θ).
Зная, что r = l, где l - длина нити, получим следующее:
ω^2 * l = g * sin(θ).
5. Раскроем sin(θ) через противоположные и гипотенузу прямоугольного треугольника (синус угла равен отношению противоположной стороны к гипотенузе):
sin(θ) = l / d, где d - длина доски.
6. Подставим это значение в предыдущее уравнение:
ω^2 * l = g * (l / d).
7. Отсюда найдем значение угловой скорости ω:
ω^2 = (g / d),
ω = sqrt(g / d),
где sqrt - квадратный корень.
8. Теперь мы можем найти значение частоты вращения ν:
ν = ω / (2π),
ν = (sqrt(g / d)) / (2π).
Таким образом, частота вращения доски равна sqrt(g / d) / (2π), где g - ускорение свободного падения (9.8 м/с^2) и d - длина доски (10 см). Школьник может использовать эту формулу, чтобы получить численный ответ на задачу, подставив значения и выполнить необходимые математические операции.