Logo
Logo

Комар на крейсерской

Если по этой же траектории полетит комар с постоянной скоростью $v_{0}$, то каким будет его ускорение на высоте, равной половине высоты наибольшего подъема камня?

Максимальная высота подъема камня определяется вертикальной составляющей начальной скорости:
$$
H=\frac{v_{0}^{2} \sin ^{2} \alpha}{2 g}.
$$
На высоте $\frac{H}{2}$ скорость камня найдем из закона сохранения энергии:
$$
\frac{m v^{2}}{2}=\frac{m v_{0}^{2}}{2}-m g \frac{H}{2}.
$$
Отсюда
$$
v^{2}=v_{0}^{2}\left(1-\frac{\sin ^{2} \alpha}{2}\right).
$$
Угол наклона $\varphi$ скорости камня к горизонту находим из условия
$$
\cos \varphi=\frac{v_{гор}}{v}=\frac{v_{0} \cos \alpha}{v},
$$
где $v_{гор}$ – горизонтальная составляющая скорости камня.
Следовательно,
$$
\cos \varphi=\frac{\cos \alpha}{\sqrt{1-\frac{\sin ^{2} \alpha}{2}}}.
$$
Рассмотрим теперь составляющую ускорения камня, нормальную к орбите движения (см. рисунок),
$$
\frac{v^{2}}{R}=g \cos \varphi.
$$

Здесь $R$ – радиус кривизны на высоте $\frac{H}{2}$. Он равен
$$
R=\frac{v^{2}}{g \cos \varphi}.
$$
Отсюда ускорение комара в этой точке траектории
$$
a=\frac{v_{0}^{2}}{R}=\frac{v_{0}^{2} g \cos \varphi}{v^{2}}=g \frac{\cos \alpha}{\left(1-\frac{\sin ^{2} \alpha}{2}\right)^{3 / 2}}.
$$
Таким образом, ответ не зависит от $v_{0}$.

Ответ: $$
a=g \frac{\cos \alpha}{\left(1-\frac{\sin ^{2} \alpha}{2}\right)^{3 / 2}}.
$$