Ромбическая конструкция с нитью
5/10Четыре длинных и четыре вдвое более коротких стержня шарнирно соединены друг с другом, образуя три одинаковых ромба. Один конец конструкции шарнирно прикреплён к потолку, к другому подвешен груз массы \(m\). Шарнир рядом с грузом соединён нитью с шарниром, расположенным выше. Найдите силу натяжения нити.
▶Показать разборСкрыть разбор
РешениеВоспользуемся методом виртуальной работы1. В статической ситуации равнодействующая сила равна нулю, а значит, потенциальная энергия минимальна. Любое малое смещение не даёт изменения потенциальной энергии в первом порядке.
Рассмотрим, что происходит, когда груз опускается на расстояние \(dh\). Потенциальная энергия уменьшится на \(-mg\,dh\). Расстояние между шарнирами при этом увеличится каждое на \(dh/3\), чтобы компенсировать увеличение длины. Это значит, что верёвка растягивается на \(dh/3\). Запасённая энергия тем самым равна \(T\,dh/3\).
Приравняв эти изменения к нулю, получаем \[-mg\,dh+T\,dh/3 = 0\ \Longrightarrow\ \boxed{T = 3mg}.\]
Сноски
- Если вы не знакомы с виртуальной работой, обратитесь к пояснению в пособии Калды. ↩
Похожие задачи
- Масса неизвестного груза ВсОШ 1992/2001, 9 кл.
- Найти «конфету» ВсОШ 2007/08, 9 кл.
- Согнутая линейка МОШ 2010/11, 8 кл.
- Шарнирный кронштейн с грузом ИОШ 2012/13, 9-11 кл.
- Ледяные бруски Максвелл 2012/13, 8 кл.
- Ящик и стержень у стены Санкт-Петербургская 2012/13, 10 кл.