Można pokazać za pomocą odpowiednich obliczeń, z jakiej wysokości H trzeba spuścić kulkę, aby bezpiecznie pokonała pętlę tzn., aby z niej nie wypadła. Między kulką a pętlą występuje także siła tarcia, ale jej wartość jest tak mała w porównaniu z pozostałymi siłami, że w obliczeniach można ją pominąć. Kulka w pętli porusza się z przyspieszeniem dośrodkowym równym:

  

więc siłę dośrodkową można zapisać za pomocą wzoru:



W najwyższym położeniu pętli na kulkę działa siła ciężkości:



oraz siła reakcji toru na kulkę N. Między siłami zachodzi następująca zależność:





Można wyznaczyć, czemu jest równa siła reakcji:



Siła reakcji musi być większa od zera, aby kulka nie wypadła z pętli:



  


Podczas poruszania się kulka posiada energię kinetyczną:

 

W najwyższym położeniu pętli kulka posiada energię potencjalną, a znajduje się na wysokości równej dwóm promieniom pętli:



Korzystając z zasady zachowania energii można wyznaczyć wysokość H:









  



Do powyższej zależności wstawiamy nierówność:

 

 

Ostatecznie widać, że wysokość, z jakiej powinna być spuszczona kulka, by bezpiecznie pokonała pętlę, musi być przynajmniej równa 2,5-krotności promienia pętli.

wróć

wybierz inne doświadczenie