. Угол, на который повернулось колесо (само) относительно состояния в положении равновесия, обозначим
. Радиус кольца -
, радиус ямы -
.

)
, а именно, первые два члена разложения косинуса в ряд Тейлора:
).
является тем, что в теоретической механике называется первым интегралом уравнения гармонического осциллятора
. Омеги, стоящие перед вторыми членами в этих уравнениях в силу некоторых, скорее даже, математических причин, совпадают.
, то есть, что радиус ямы намного больше радиуса кольца. Тогда выражение для периода вырождается в соответствии с предположением (по рабоче-крестьянски, мы тут пренебрегаем квадратом радиуса кольца), в более красивый ответ: 
В вертикальном направлении движения нет, так как mg > F*sin60.
В горизонтальном направлении уравнение 2 закона Ньютона в проекции на ось Х:
F*cos60 = ma
a = (F*cosa)/m = F/(2m) = 50/20 = 2,5 m/c^2.
ответ: 2,5 м/с^2.