Для начала нужно понять такой факт – в системе отсчета (СО) круга (или реки, что одно и то же) скорость катера не зависит от направления движения (по течению или против течения). Учитывая это, рассмотрим движение катера в этой СО после первой встречи со спасательным кругом. Он “убегал” от круга в течение времени ? со скоростью ?к и допустим прошел путь ?2. Но ведь когда он развернется, то до круга он будет плыть то же расстояние ?2 (замечу, что только в СО круга) и с такой же скоростью ?к, а значит затратит на это то же время ?. Значит между первой и второй встречей прошло время,равное 2t
Заметим, что при прохождении точки π/2 шарик должен иметь неотличимое натяжение нити, иначе она согнется и полный оборот не получится.
Тогда по второму закону Ньютона имеем: mg = ma, т.е. a = g
Центростремительное ускорение шарика в точке π/2: g = V2^2 / R => V2^2 = g R
Теперь прибегнем к закону сохранения энергии (в точке -π/2 и π/2). Получаем (V1 - начальная скорость шарика, которую мы ищем):
mV1^2 / 2 = mV2^2/2 + mg2R
mV1^2 / 2 = (mgR + 4mgR) / 2
mV1^2 = 5mgR
V1 = √5gR