m3 — масса конца веревки длиной 4 м справа от блока = m (L − l) / L,
m2 — масса конца веревки длиной 2 м слева от блока,
m1 — масса половины веревки слева от блока = m / 2,
T1 — натяжение веревки между m3 и m2,
T2 — натяжение веревки между m1 и m2 (искомое натяжение),
a — ускорение веревки,
m — полная масса веревки.
По второму закону Ньютона:
m3a = T1 − m3g.
m2a = m2g − T1 + T2.
m1a = m1g − T2.
Выражая T1 из первого и подставляя во второе, получим:
a (m2 + m3) = g (m2 − m3) + T2.
a = g − T2 / m1.
Приравнивая ускорения, получим:
T2 = 2gm1m3 / m.
Далее, подставляя значения для масс, получим:
T2 = mg (1 − l/L).
F = mg (1 − l/L) = 20 Н.
Галилей впервые выяснил, что тяжелые предметы падают вниз так же быстро, как и легкие. Чтобы проверить это предположение Галилео Галилей сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро массой 80 кг и значительно более легкую мушкетную пулю массой 200 г. Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму и достигли земли одновременно. До него господствовала точка зрения Аристотеля, который утверждал, что легкие тела падают с высоты медленнее тяжелых.
Такова легенда. В архивах не сохранилось никаких подтверждений, что такой эксперимент действительно проводился. Более того, пушечное ядро и пуля имеют разный радиус, на них будет действовать разная сила сопротивления воздуха и, поэтому, они не могут достичь земли одновременно. Это понимал и Галилей. Однако он писал, что "...различие в скорости движения в воздухе шаров из золота, свинца, меди, порфира и других тяжелых материалов настолько незначительно, что шар из золота при свободном падении на расстоянии в одну сотню локтей наверняка опередил бы шар из меди не более чем на четыре пальца. Сделав это наблюдение, я пришел к заключению, что в среде, полностью лишенной всякого сопротивления, все тела падали бы с одинаковой скоростью". Предположив, что произошло бы в случае свободного падения тел в вакууме, Галилей вывел следующие законы падения тел для идеального случая:
1. Все тела при падении движутся одинаково: начав падать одновременно, они движутся с одинаковой скоростью
2. Движение происходит с постоянным ускорением.
Вскоре после Галилея были созданы воздушные насосы, которые позволили произвести эксперименты со свободным падением в вакууме. С этой целью Ньютон выкачал воздух из длинной стеклянной трубки и бросил сверху одновременно птичье перо и золотую монету. Даже столь сильно различающиеся по своей плотности тела падали с одинаковой скоростью.
u1=1,4 м/с
u2=0,6 м/с