Задачи › Равновесие тел, моменты сил

Стремянка

  1. Стремянка

    ВсОШ 2018/19, 9 кл.
    5/10

    На рисунке 2 изображена упрощённая модель лестницы-стремянки, состоящей из соединённых шарнирно легкой опоры и массивной части, наклоненных под углами \(\beta = 20^\circ\) и \(\gamma\) к вертикали (\(\mathrm{tg}\gamma = 2\mathrm{tg}\beta\)). Масса лестницы \(m = 20\) кг. Определите, с какой силой взаимодействуют между собой части лестницы. Трения в шарнире нет. Коэффициент трения \(\mu\) между полом и касающимися его частями стремянки одинаков. При каком минимальном значении коэффициента \(\mu\) части лестницы не будут разъезжаться? Ускорение свободного падения \(g = 10\) м/с\(^2\).

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(F = \dfrac{mg}{3\cos\beta} \approx 71\) Н;  \(\mu_{\min} = \mathrm{tg}\beta \approx 0{,}36\).

    Решение

    Рассмотрим внешние силы, действующие на всю лестницу. Из правила моментов относительно правой нижней точки, с учётом соотношения \(\mathrm{tg}\gamma = 2\mathrm{tg}\beta\), получаем \(3N_1 = mg\), откуда \(N_1 = \dfrac{1}{3}mg\), а \(N_2 = \dfrac{2}{3}mg\).

    Сила, действующая на опору со стороны шарнира, может быть направлена только вдоль неё (иначе возникнет некомпенсированный момент относительно нижней точки опоры). Таким образом \[F = \frac{N_1}{\cos\beta} = \frac{mg}{3\cos\beta} \approx 71~\text{Н}.\]

    Из равенства нулю суммы горизонтальных сил следует, что силы трения равны. Но первой проскользнёт легкая опора, так как на неё действует меньшая сила нормальной реакции. Минимальное значение коэффициента трения \[\mu = \mathrm{tg}\beta \approx 0{,}36.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи