Задачи › Равновесие тел, моменты сил

Брусок на вращающемся диске

  1. Брусок на вращающемся диске

    ВсОШ 1999/00, 9 кл.
    6/10

    К 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 \(\omega^-(l)\).

    Рисунок
    ▶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 \(A = \dfrac{2P}{RMgL\mu}\).

    Решение

    Рассмотрим случай вращения диска против часовой стрелки (рис. 59). Условие равновесия бруска:

    Рисунок

    \[F_{\text{тр}}h + Mg\dfrac{L}{2} = Nl,\] 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.

    Рисунок

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи