Logo
Logo

Вылет из воронки

Зная, что расстояние $H$ от начала координат до дна воронки равно $100~см$, $H_{1}=75~см$, найдите $v$.

Пусть шайба массой $m$ вращается по окружности радиусом $R$ со скоростью $v_{0}$ на высоте $h$. Ясно, что $\frac{m v_{0}^{2}}{R}=m g \operatorname{tg} \alpha$, отсюда $v_{0}^{2}=g R \operatorname{tg} \alpha$ (см. рисунок).

Для профиля воронки $y=-k / r^{2}$, где $k>0$ имеем $y^{\prime}=\frac{d y}{d x}=\frac{2 k}{r^{3}}=-2 y / r .$ Тогда
$$
\operatorname{tg} \alpha=\left.y^{\prime}\right|_{r=R}=-2 y / R=\frac{2(H-h)}{R}.
$$
Следовательно, $v_{0}^{2}=g R \operatorname{tg} \alpha=2 g(H-h)$.
По закону сохранения энергии
$$
\frac{m v^{2}}{2}+m g H_{1}=\frac{m v_{0}^{2}}{2}+m g h.
$$
Из последних двух равенств находим $v=\sqrt{2 g\left(H-H_{1}\right)} \approx 3.8~м/с$.

Ответ: $$
v=\sqrt{2 g\left(H-H_{1}\right)} \approx 3.8~м/с.
$$