Почему маятник максвелла, достигнув нижнего положения, начинает подниматься вверх?

Маятник Максвелла представляет собой диск, неподвижно закрепленный на тонком стержне (рис.1). На концах стержня симметрично относительно диска закреплены нити, с которых маятник подвешен к штативу. При вращении маятника нити могут наматываться на стержень или сматываться с него, обеспечивая тем самым перемещение маятника вверх - вниз. Если, намотав нити на ось, поднять маятник на некоторую высоту и отпустить его, то он начнет опускаться под действием силы тяжести, приобретая одновременно и вращательное движение. В нижней точке, когда маятник опустится на полную длину нитей, поступательное движение вниз прекратится. Нити станут наматываться на вращающийся по инерции стержень, а маятник начнет подниматься вверх, постепенно замедляя свое вращение. После достижения наивысшей точки цикл колебательного движения возобновится.

Если mg — сила тяготения; T — сила натяжения одной нити; R — радиус стержня; J — момент инерции маятника; тогда уравнение для поступательного движения можно записать так:

mg − 2T = ma,

где a — ускорение центра масс. Уравнение для вращательного движения при этом будет иметь вид:

M = mR(g − a) = 2TR=J ε,

где ε – угловое ускорение.

Маятник движется с постоянным ускорением. Если h – расстояние, пройденное за время t, при равноускоренном движении с нулевой начальной скоростью, то момент инерции можно найти по формуле:

J=mR2((gt2)/(2h)-1).