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 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.
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 Вдобавок, так как карусель вращается, к центру масс столбика С приложена центробежная сила которая направлена от оси карусели наружу.
Чтобы столбик не съезжал, следует записать условие равенства сил в проекции на горизонтальную ось:
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 откуда величина x, конечно, сократится.
Мы получили систему уравнений
решая которую, получим ответ.
Ответ: