сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 197
i

Клоун Вайз решил ис­сле­до­вать ка­ру­сель  — диск, ко­то­рый можно рас­кру­чи­вать во­круг вер­ти­каль­ной оси ОO′. Он по­ста­вил на ка­ру­сель с про­ти­во­по­лож­ных сто­рон от OO′ на рав­ном рас­сто­я­нии R от оси два оди­на­ко­вых тон­ких стол­би­ка (см. рис.). Свя­зав вер­хуш­ки стол­би­ков лёгкой не­рас­тя­жи­мой нитью дли­ной 2R, Вайз рас­кру­тил ка­ру­сель до уг­ло­вой ско­ро­сти \omega. При каком зна­че­нии ко­эф­фи­ци­ен­та тре­ния стол­би­ки оста­нут­ся сто­ять на рас­кру­чен­ной ка­ру­се­ли? Счи­тай­те, что вся масса стол­би­ка со­сре­до­то­че­на на его кон­цах: на верх­нем конце 30%, а на ниж­нем 70%. Уско­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния g.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Найдём кри­ти­че­ское зна­че­ние ко­эф­фи­ци­ен­та тре­ния, при ко­то­ром стол­бик AB начал про­скаль­зы­вать, но всё еще не со­скольз­нул с ка­ру­се­ли.

На ри­сун­ке по­ка­за­ны силы, дей­ству­ю­щие на стол­бик во вра­ща­ю­щей­ся си­сте­ме от­сче­та (в ко­то­рой стол­бик по­ко­ит­ся). Сила тя­же­сти mg стол­би­ка и рав­ная ей, но на­прав­лен­ная вверх сила ре­ак­ции ка­ру­се­ли N не по­ка­за­ны, так как они три­ви­аль­но урав­но­ве­ши­ва­ют­ся, N  =  mg. От­ме­тим толь­ко, что сила тя­же­сти при­ло­же­на к цен­тру масс стол­би­ка С.

Кроме N и mg на стол­бик дей­ству­ют сила на­тя­же­ния нити T, сила тре­ния \mu N=\mu mg. Вдо­ба­вок, так как ка­ру­сель вра­ща­ет­ся, к цен­тру масс стол­би­ка С при­ло­же­на цен­тро­беж­ная сила m\omega в квад­ра­те R, ко­то­рая на­прав­ле­на от оси ка­ру­се­ли на­ру­жу.

Чтобы стол­бик не съез­жал, сле­ду­ет за­пи­сать усло­вие ра­вен­ства сил в про­ек­ции на го­ри­зон­таль­ную ось: T плюс \mu mg = m\omega в квад­ра­те R.

Кроме того, стол­бик не дол­жен вра­щать­ся, то есть для него долж­но вы­пол­нять­ся пра­ви­ло ры­ча­га. Наи­бо­лее про­сто за­пи­сать его от­но­си­тель­но цен­тра масс стол­би­ка  — точки C. Для этого со­об­ра­зим, что AC : CB  =  7 : 3, по­это­му можно обо­зна­чить AC  =  7x, BC  =  3x, так что пра­ви­ло ры­ча­га при­об­ретёт вид  \mu mg умно­жить на 3x=T умно­жить на 7 x, от­ку­да ве­ли­чи­на x, ко­неч­но, со­кра­тит­ся.

Мы по­лу­чи­ли си­сте­му урав­не­ний

 си­сте­ма вы­ра­же­ний T плюс \mu mg=m\omega в квад­ра­те R,3\mu mgx = 7T, конец си­сте­мы .

решая ко­то­рую, по­лу­чим ответ.

 

Ответ: \mu\geqslant0,7\omega в квад­ра­те R/g.

Классификатор: Ме­ха­ни­ка. Ди­на­ми­ка дви­же­ния по окруж­но­сти