-->
|
|
|
Ãëàâà 3. Ñèëû â ìåõàíèêå § 37. Ïðèìåðû ðåøåíèÿ çàäà÷ ïî òåìå «Ñèëû òðåíèÿ»Ïðè ðåøåíèè çàäà÷ î äâèæåíèè òåë, íà êîòîðûå äåéñòâóåò ñèëà òðåíèÿ, íàäî âñåãäà èìåòü â âèäó, ÷òî ñèëà òðåíèÿ ñêîëüæåíèÿ, äåéñòâóþùàÿ íà òåëî, íàïðàâëåíà â ñòîðîíó, ïðîòèâîïîëîæíóþ îòíîñèòåëüíîé ñêîðîñòè äâèæåíèÿ. Ïîýòîìó, ÷òîáû íàðèñîâàòü âåêòîð ñèëû òðåíèÿ, ïðåæäå âñåãî íàäî îïðåäåëèòü íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ òåëà.
Çàäà÷à 1.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷åííîãî òîë÷êà êèðïè÷ íà÷àë ñêîëüçèòü âíèç ïî íåïîäâèæíîé ëåíòå êîíâåéåðà, ðàñïîëîæåííîé ïîä óãëîì α = 30° ê ãîðèçîíòàëüíîé ïëîñêîñòè. Îïðåäåëèòå ìîäóëü è íàïðàâëåíèå óñêîðåíèÿ êèðïè÷à, åñëè êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ñêîëüæåíèÿ êèðïè÷à î ëåíòó êîíâåéåðà μ = 0,6. Ð å ø å í è å. Íàïðàâèì îñü ÎÕ âäîëü íàêëîííîé ëåíòû êîíâåéåðà âíèç, à îñü OY ïåðïåíäèêóëÿðíî ëåíòå êîíâåéåðà ââåðõ (ðèñ. 3.26). Òàê êàê êèðïè÷ äâèæåòñÿ âäîëü îñè ÎÕ, òî åãî óñêîðåíèå ìîæåò áûòü íàïðàâëåíî òîëüêî âäîëü ýòîé îñè âíèç ëèáî ââåðõ. Ïî âòîðîìó çàêîíó Íüþòîíà m Çàïèøåì óðàâíåíèå (1) â ïðîåêöèÿõ íà îñè ÎÕ è OY: màx = mg sinα - Fòð, (2)
Ìîäóëü ñèëû òðåíèÿ ñêîëüæåíèÿ âûðàçèì ÷åðåç êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ð è ìîäóëü ñèëû íîðìàëüíîé ðåàêöèè îïîðû N: Fòð = μN = μmg cosα. (3) Ïîäñòàâèâ âûðàæåíèå (3) â óðàâíåíèå (2), ïîëó÷èì màõ = mg sin&alpha - μm cosα. Îêîí÷àòåëüíî à = g(sin&alpha - μcosα).
Èç ôîðìóëû ñëåäóåò, ÷òî ïðîåêöèÿ óñêîðåíèÿ êèðïè÷à íà îñü ÎÕ ìîæåò áûòü ïîëîæèòåëüíîé, îòðèöàòåëüíîé è ðàâíîé íóëþ: åñëè sina > μcosα, òî àõ > 0 (âåêòîð óñêîðåíèÿ íàïðàâëåí âäîëü ëåíòû êîíâåéåðà âíèç); åñëè sinα = μcosα, òî àõ = 0 (êèðïè÷ äâèæåòñÿ áåç óñêîðåíèÿ); íàêîíåö, åñëè sinα < μcosα, òî àõ < 0 (âåêòîð óñêîðåíèÿ íàïðàâëåí âäîëü ëåíòû êîíâåéåðà ââåðõ). Äëÿ ñëó÷àÿ, ðàññìàòðèâàåìîãî â çàäà÷å, àõ = -0,2 ì/ñ2. Ñëåäîâàòåëüíî, óñêîðåíèå êèðïè÷à íàïðàâëåíî âäîëü ëåíòû êîíâåéåðà ââåðõ è ìîäóëü ýòîãî óñêîðåíèÿ à = 0,2 ì/ñ2. Çàäà÷à 2.  êóçîâå àâòîìîáèëÿ ëåæèò ÿùèê ìàññîé 30 êã. Îïðåäåëèòå, ñ êàêèì ìàêñèìàëüíûì óñêîðåíèåì ìîæåò äâèãàòüñÿ àâòîìîáèëü, íà÷èíàþùèé äâèæåíèå, ÷òîáû ÿùèê íå ñäâèíóëñÿ. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ÿùèêà î ïîë êóçîâà ðàâåí μ = 0,3. Ð å ø å í è å. Àâòîìîáèëü äâèæåòñÿ ñ óñêîðåíèåì. ×òîáû ÿùèê îñòàâàëñÿ íåïîäâèæíûì, íåîáõîäèìî, ÷òîáû óñêîðåíèå ÿùèêà áûëî ðàâíî óñêîðåíèþ àâòîìîáèëÿ.
 íà÷àëå äâèæåíèÿ àâòîìîáèëÿ ÿùèê äîëæåí äâèãàòüñÿ â ñòîðîíó, ïðîòèâîïîëîæíóþ äâèæåíèþ àâòîìîáèëÿ, òàê êàê ïî èíåðöèè ñòðåìèòñÿ ñîõðàíèòü ñîñòîÿíèå ïîêîÿ. Àâòîìîáèëü äâèæåòñÿ âïðàâî (ðèñ. 3.27). Òîãäà ñêîðîñòü ÿùèêà îòíîñèòåëüíî àâòîìîáèëÿ äîëæíà áûòü íàïðàâëåíà âëåâî, ñëåäîâàòåëüíî, ñèëà òðåíèÿ äîëæíà áûòü íàïðàâëåíà âïðàâî. Íà ÿùèê äåéñòâóþò ñèëà òÿæåñòè m m  ïðîåêöèÿõ íà ãîðèçîíòàëüíîå è âåðòèêàëüíîå íàïðàâëåíèÿ çàïèøåì: mà = Òàê êàê ïî óñëîâèþ çàäà÷è ìû äîëæíû íàéòè ìàêñèìàëüíîå óñêîðåíèå, òî â ïðåäåëå ñèëà òðåíèÿ ïîêîÿ äîëæíà áûòü ðàâíà ñèëå òðåíèÿ ñêîëüæåíèÿ: Ïîäñòàâèì ýòî âûðàæåíèå â óðàâíåíèå (2) è ïîëó÷èì mà = μN. Èç óðàâíåíèÿ (3) ñëåäóåò, ÷òî N = mg. Òîãäà mà = μxmg è à = μg ≈ 3 ì/ñ2. Çàäà÷à 3. Ïî íàêëîííîé ïëîñêîñòè òÿíóò ðàâíîóñêîðåííî çà êàíàò ÿùèê ìàññîé 50 êã. Óãîë ó îñíîâàíèÿ íàêëîííîé ïëîñêîñòè 30°, êîýôôèöèåíò òðåíèÿ 0,2. ßùèê ïîäíèìàþò íà âûñîòó 20 ì çà 5 ñ. Îïðåäåëèòå ñèëó íàòÿæåíèÿ êàíàòà.
Ð å ø å í è å. Íà ÿùèê äåéñòâóþò ñèëà òÿæåñòè m Ñîãëàñíî âòîðîìó çàêîíó Íüþòîíà m  ïðîåêöèÿõ íà îñè ÎÕ è OY óðàâíåíèå èìååò âèä mà = Ò - mg sinα - Ñèëà òðåíèÿ ñêîëüæåíèÿ Èç óðàâíåíèÿ (3) ïîëó÷èì N = mg cosa. Óðàâíåíèå (2) ïåðåïèøåì â âèäå mà = Ò - mg sinα - μmg cosα. Óñêîðåíèå îïðåäåëèì èç óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ
Çàäà÷à 4. Äåâî÷êà òÿíåò ðàâíîìåðíî ïî ñíåãó íàãðóæåííûå ñàíêè ìàññîé 40 êã. Êîýôôèöèåíò òðåíèÿ ñàíîê î ñíåã 0,04. Îïðåäåëèòå, ïîä êàêèì óãëîì äîëæíà áûòü ðàñïîëîæåíà âåð¸âêà, ÷òîáû å¸ íàòÿæåíèå áûëî ìèíèìàëüíî.
Ð å ø å í è å. Íà ñàíêè äåéñòâóþò ñèëà íàòÿæåíèÿ âåð¸âêè m Òàê êàê äâèæåíèå ïî óñëîâèþ ðàâíîìåðíîå, òî óñêîðåíèå à = 0. Çàïèøåì óðàâíåíèå (1) â ïðîåêöèÿõ íà ãîðèçîíòàëüíîå è âåðòèêàëüíîå íàïðàâëåíèÿ: 0 = Fí cosα - Fòp; (2)
Èç óðàâíåíèÿ (3) ïîëó÷èì N = mg - Fí sinα. Ïîäñòàâèâ â óðàâíåíèå (2) âûðàæåíèå äëÿ ñèëû òðåíèÿ Fòp = μx(mg - Fí sinα), ïîëó÷èì Fí cosα - μx(mg - Fí sinα) = 0. Äëÿ ñèëû íàòÿæåíèÿ èìååì Ñèëà íàòÿæåíèÿ ìèíèìàëüíà ïðè ìàêñèìàëüíîì çíà÷åíèè ñóììû cosα + μsinα = ƒ(α). Èññëåäóåì ôóíêöèþ íà ýêñòðåìóì: ƒ' = -sinα + μcosα = 0. Ïîëó÷èì tgα = μ. Òîãäà Âûðàçèì cosa ÷åðåç tgα: Îêîí÷àòåëüíî äëÿ ñèëû íàòÿæåíèÿ ïîëó÷èì
|
|
|