Решение

Городская олимпиада (3-й этап) 2023 10 класс № 1
  1. Относительно центра колеса точка поворачивается на угол , который можно найти из условия

    Тогда, как следует из рисунка, координаты точки (с учетом ) описываются функциями

  2. Скорость точки максимальна, когда она находится на максимальном удалении от центра диска. В эти моменты времени скорость центра и скорость точки относительно центра колеса совпадают, поэтому полная скорость точки будет равна

    Этот же результат можно получить, рассматривая точку касания как мгновенный центр вращения.

  3. Схематические траектории можно построить, если последовательно находить точки касания и точки максимального удаления от диска. Ниже показаны эти траектории.
    А)

б)

б) (эта кривая называется кардиоида)

В) Здесь колесо делает два оборота между последовательными касаниями.