т.к. вагон движется не ровномерно то на шарик действует сила приложенная горизонтально и численно равная F=ma
по закону сахранения энергии 
1)
 a - Тангенциальное ускорение 
2)
T - период мат. маятникa, dt = T/4
отсюда
3)  
 4) подставляя 3) к 1) и учитывая что T= 2p*sqrt(l/g)
cosd = arccos(1-p^2a/2g)

cosd=0

d=90