Задачи › Законы Ньютона, силы

Липкость скотча

  1. Липкость скотча

    Санкт-Петербургская 2021/22, 11 кл.
    4/10

    Петя исследовал свойства скотча и ввёл его характеристику «липкость» — минимальную силу \(N\), с которой ленту скотча надо тянуть перпендикулярно поверхности рулона, чтобы лента отклеивалась (см. верхний рисунок). При этом рулон со скотчем надёжно закреплён и не может вращаться вокруг оси. Петя прочно склеил две ленты скотча, как показано на среднем рисунке, и стал медленно тянуть рулоны в разные стороны вдоль линии, соединяющей оси. Оба скотча стали разматываться. При этом оба рулона держат так, чтобы они не вращались вокруг своих осей. В некоторый момент скотчи образовали конфигурацию, показанную на нижнем рисунке: \(\alpha=35^\circ\), \(\beta=40^\circ\), \(\gamma=5^\circ\). Петя знает, что липкость левого рулона со скотчем \(N_1\). Чему равна липкость правого рулона?

    Радиусы рулонов одинаковы. Все углы отсчитываются от направления, соединяющего оси рулонов.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Сила натяжения ленты одна и та же во всей ленте. Разложите её по нормали к каждому рулону: на каждом рулоне проекция силы на нормаль и есть его липкость.

    Ответ

    \(N_2=N_1\,\dfrac{\cos(\beta+\gamma)}{\cos(\alpha-\gamma)}=N_1\sqrt{\dfrac23}\).

    Решение

    Пусть \(T\) — сила натяжения ленты скотча. Так как рулоны тянут медленно, \(T\) постоянна. Сила, с которой лента действует на каждый рулон, проецируется на нормаль к рулону; эти проекции и есть липкости \(N_1\) и \(N_2\). Углы между \(T\) и нормалями, с учётом вертикальных углов \(\gamma\), равны \(\alpha-\gamma\) для левого рулона и \(\beta+\gamma\) для правого. Поэтому \[N_1=T\cos(\alpha-\gamma),\qquad N_2=T\cos(\beta+\gamma).\] Деля одно равенство на другое, получаем \[N_2=N_1\,\frac{\cos(\beta+\gamma)}{\cos(\alpha-\gamma)}=N_1\,\frac{\cos45^\circ}{\cos30^\circ}=N_1\sqrt{\frac23}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи