сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 217
i

Ка­на­то­хо­дец массы m мед­лен­но пе­ре­хо­дит ши­ро­кую про­пасть по лёгкому ре­зи­но­во­му жгуту жёстко­сти k (см.  ри­су­нок). Длина жгута в не­рас­тя­ну­том со­сто­я­нии много мень­ше ши­ри­ны про­па­сти L. Най­ди­те за­ви­си­мость h про­ги­ба жгута от рас­сто­я­ния x, прой­ден­но­го ка­на­то­ход­цем. Уско­ре­ние сво­бод­но­го па­де­ния равно g.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

За­пи­шем силы, дей­ству­ю­щие на кусок жгута, на ко­то­ром стоит ка­на­та­хо­дец: вес ка­на­то­ход­ца, рав­ный mg, сила на­тя­же­ния T1 от пра­вой части осталь­но­го жгута и T2 от левой части (см. ри­су­нок). Обо­зна­чим углы, об­ра­зу­е­мые пра­вым и левым кон­ца­ми жгута с го­ри­зон­та­лью за  альфа и  бета со­от­вет­ствен­но. Ка­на­то­хо­дец дви­жет­ся мед­лен­но, по­это­му можно счи­тать, что в каж­дый мо­мент си­сте­ма на­хо­дит­ся в рав­но­ве­сии. Усло­ви­ем этого яв­ля­ет­ся ра­вен­ство нулю рав­но­дей­ству­ю­щей сил. В про­ек­ции на го­ри­зон­таль­ную ось:

T_1 ко­си­нус альфа =T_2 ко­си­нус бета .

Обо­зна­чим жёстко­сти пра­вой и левой части жгута за k1 и k2, а их длины (в рас­тя­ну­том со­сто­я­нии) за l1 и l2 со­от­вет­ствен­но. Тогда можем за­пи­сать силы на­тя­же­ния через аб­со­лют­ные удли­не­ния (на­чаль­ной дли­ной пре­не­бре­га­ем):

T_1 ко­си­нус альфа =k_1 \ell_1 дробь: чис­ли­тель: x, зна­ме­на­тель: \ell_1 конец дроби =k_1 x,

T_2 ко­си­нус бета =k_2 \ell_2 дробь: чис­ли­тель: L минус x, зна­ме­на­тель: \ell_2 конец дроби =k_2 левая круг­лая скоб­ка L минус x пра­вая круг­лая скоб­ка ,

k_1 x=k_2 левая круг­лая скоб­ка L минус x пра­вая круг­лая скоб­ка .

Это ра­вен­ство долж­но вы­пол­нять­ся при любом m, в том числе при m  =  0 (ка­на­то­ход­ца нет). Пусть сила на­тя­же­ния жгута без ка­на­то­ход­ца равна T. Тогда

k_1 x=k_2 левая круг­лая скоб­ка L минус x пра­вая круг­лая скоб­ка =T=k L.

 

Пе­рейдём к про­ек­ции сил на вер­ти­каль­ную ось:

m g=T_1 синус альфа плюс T_2 синус бета =k_1 \ell_1 дробь: чис­ли­тель: h, зна­ме­на­тель: \ell_1 конец дроби плюс k_2 \ell_2 дробь: чис­ли­тель: h, зна­ме­на­тель: \ell_2 конец дроби = левая круг­лая скоб­ка k_1 плюс k_2 пра­вая круг­лая скоб­ка h

Вы­ра­зив жёстко­сти, по­лу­чим ответ:

h= дробь: чис­ли­тель: m g, зна­ме­на­тель: k_1 плюс k_2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: m g, зна­ме­на­тель: дробь: чис­ли­тель: k L, зна­ме­на­тель: x конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: k L, зна­ме­на­тель: L минус x конец дроби конец дроби = дробь: чис­ли­тель: m g x левая круг­лая скоб­ка L минус x пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: k L в квад­ра­те конец дроби .

Таким об­ра­зом, ка­на­то­хо­дец будет дви­гать­ся по па­ра­бо­ле.

 

Ответ: h левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: m g x левая круг­лая скоб­ка L минус x пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: k L в квад­ра­те конец дроби .

Классификатор: Ме­ха­ни­ка. Ста­ти­ка. Рав­но­ве­сие вращ. и невращ. тел