Для того чтобы мотоциклист мог пройти через вершину мёртвой петли, необходимо, чтобы сила тяжести хотя бы уравновешивала центростремительное ускорение, направленное к центру окружности. В верхней точке петли мотоциклист испытывает единственную силу — это сила тяжести, которая должна обеспечивать необходимое центростремительное ускорение.
Центростремительное ускорение ( a_c ) можно записать следующим образом:
[ a_c = \frac{v^2}{R}, ]
где ( v ) — скорость мотоциклиста в верхней точке траектории, ( R ) — радиус петли.
Сила тяжести мотоциклиста равна:
[ F_g = mg, ]
где ( m ) — масса мотоциклиста (80 кг), ( g ) — ускорение свободного падения (9,8 м/с²).
Для того чтобы мотоциклист только что не терял контакт с трамплином, центростремительное ускорение должно быть равно силе тяжести:
[ F_g = F_c \Rightarrow mg = \frac{mv^2}{R}. ]
Сокращаем массу ( m ) (не ноль):
[ g = \frac{v^2}{R}. ]
Теперь подставим значения:
[ 9,8 = \frac{v^2}{30}. ]
Вырешаем уравнение для ( v^2 ):
[ v^2 = 9,8 \times 30, ]
[ v^2 = 294. ]
[ v = \sqrt{294}. ]
[ v \approx 17,15 \text{ м/с}. ]
Округляя до двух знаков после запятой, получаем:
[ v \approx 17,15 \text{ м/с}. ]
Таким образом, минимальная скорость мотоциклиста в верхней точке траектории, необходимая для прохождения мёртвой петли без потери контакта, составляет приблизительно 17,15 м/с.