Брусок на вращающемся диске
6/10К диску радиуса \(R\), насаженному на горизонтальный вал двигателя, под действием силы тяжести прижимается тяжёлый брусок массой \(M\). Брусок может свободно поворачиваться относительно оси \(O\) (см. рисунок). Длина бруска равна \(L\), его толщина \(h\). Точка соприкосновения бруска с диском находится на расстоянии \(l\) от левого края бруска. Коэффициент трения скольжения между бруском и диском равен \(\mu\). Предполагая, что двигатель развивает мощность \(P\), определите угловую скорость \(\omega\) вращения диска в зависимости от расстояния \(l\). Рассмотрите случаи вращения диска по (\(\omega^+\)) и против (\(\omega^-\)) часовой стрелки. Постройте графики \(\omega^+(l)\) и \(\omega^-(l)\).

▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(\omega^- = A(l - \mu h)\) (диск вращается против часовой стрелки; при \(l \leqslant \mu h\) происходит «заклинивание»), \(\omega^+ = A(l + \mu h)\) (по часовой стрелке), где \(A = \dfrac{2P}{RMgL\mu}\).
РешениеРассмотрим случай вращения диска против часовой стрелки (рис. 59). Условие равновесия бруска:

\[F_{\text{тр}}h + Mg\dfrac{L}{2} = Nl,\] где \(F_{\text{тр}} = \mu N\). Отсюда \[F_{\text{тр}} = \dfrac{MgL\mu}{2(l - \mu h)}.\] По определению \(P = Fv\). В нашем случае \(F = F_{\text{тр}}\), а \(v = \omega^-R\). Следовательно, \[\omega^- = \dfrac{P}{F_{\text{тр}}\cdot R} = \dfrac{2P}{RMgL\mu}(l - \mu h) = A(l - \mu h),\] где \(A = \dfrac{2P}{RMgL\mu}\) — коэффициент пропорциональности между \(\omega\) и \(l\).
Задача решается при \(l > \mu h\). При \(l \leqslant \mu h\) происходит «заклинивание», двигатель не может повернуть диск.
Если диск вращается по часовой стрелке, то его угловая скорость \(\omega^+ = A(l + \mu h)\), т.е. «заклинивания» нет.
Графики \(\omega^+(l)\) и \(\omega^-(l)\) представлены на рис. 60.

Похожие задачи
- Стержень у стены на нити МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
- Три шарнирных стержня МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
- Палочка с шариком на стакане МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
- Три отрезка троса МОШ 1992/93, 9 кл.
- Моток липкой ленты ВсОШ 1997/98, 9 кл.
- Прочность бруска МОШ 2004/05, 11 кл.