Задание №43993 ЕГЭ по Физике

Решение:
Обоснование.
Систему отсчета, связанную с Землей, будем считать инерциальной. Так как тела по условию данной задачи малы (пуля, ударяющаяся о груз мала, а размерами груза по сравнению с длиной нити можно пренебречь), то их можно описывать моделью материальных точек. На тело, висящее на нити, действует сила тяжести и сила натяжения нити  В процессе движения на пулю действует сила тяжести  Так как проекция силы тяжести на горизонтальную ось равна нулю, а силы натяжения нити  и  скомпенсированы, то система "тело - пуля" является замкнутой, значит, можно применить закон сохранения импульса на горизонтальную ось.

В ИСО изменение полной механической энергии равно работе всех непотенциальных сил, действующих на тело. В данном случае такой силой является сила натяжения нити После столкновения в процессе движения тела массой M в любой точке его траектории сила натяжения нити  перпендикулярна а значит ее работа равна нулю. Следовательно, полная механическая энергия сохраняется. Значит, в ИСО можно применить закон сохранения энергии.

Перейдем к решению.
В соответствии с законом сохранения горизонтальной проекции импульса на направление движения тела в момент удара имеем:

где V  — скорость груза маятника сразу после удара. При дальнейшем движении от положения равновесия до максимального отклонения сохраняется механическая энергия груза маятника:

где   — высота подъема груза над положением равновесия. Из написанных уравнений получаем:

Подставляя числовые данные и проверяя размерность, получаем: 

Ответ: 90°

Источник: NeoFamily