Однородный стержень массой подвешен на трех одинаковых длинных легких практически нерастяжимых нитях таким образом, что все три нити вертикальны. При этом одна из нитей прикреплена к «левому» концу стержня, другая — к точке, расположенной на расстоянии, равном трети длины стержня от этого конца, а третья — на таком же расстоянии от второй (см. рисунок). К выступающему «правому» концу стержня прикреплен небольшой по размеру груз массой Как и на сколько изменится сила натяжения «средней» нити, если к грузу подвесить еще один, точно такой же?
На стержень действуют силы натяжения нитей сила тяжести (приложенная к его середине, так как стержень однородный) и вес груза. Условия равновесия стержня — это условие равенства нулю суммы действующих на него сил, то
Этих уравнений не хватает для однозначного определения сил натяжения нитей. Если дополнительно предположить, что все три нити натянуты, то можно получить еще одно уравнение. Силы упругости нитей пропорциональны их деформациям, которые малы, но все же отличны от нуля. Естественно считать, что деформации стержня и потолка еще во много раз меньше, и поэтому деформации нитей — это отрезки трех параллельных прямых между сторонами одного угла. Так как вторая нить находится точно посередине между первой и третьей, то \square ее деформация есть точно полусумма деформаций этих нитей, или (см. рис., на котором для наглядности деформации показаны увеличенными). Нити по условию одинаковы, поэтому коэффициенты жесткости у них также одинаковы, и поэтому Из этого уравнения и условия равновесия сил сразу получается, что Таким образом, если все три нити натянуты, то
(если считать, что Проверим выполнение предположения: из правила моментов следует, что
и поэтому при любых массах стержнях и груза третья нить натянута Сила натяжения первой нити то есть Значит, первая нить натянута при и это условие выполняется в случае подвешивания одного груза. После подвешивания второго груза в этих формулах нужно заменить но при этом оказывается, что полученными формулами пользоваться нельзя, так как Таким образом, после подвешивания второго груза первая нить провисает и теперь
Как видно, в результате подвешивания второго груза сила натяжения «средней» нити уменьшится на
Ответ: сила натяжения «средней» нити уменьшится на