Задачи › Равновесие тел, моменты сил

Мышь крадётся

  1. Мышь крадётся

    Санкт-Петербургская 2023/24, 8 кл.
    5/10

    На квадратном бруске симметрично лежит тяжёлая однородная линейка. На левом конце линейки висит мешок с песком, на правом — сидит мышь. Песок высыпается из пакета с расходом \(\mu = 0{,}2\) г/с. Через некоторое время мышь почувствовала, что линейка вот-вот упадёт, и побежала по направлению к бруску с постоянной скоростью \(v = 2\) см/с. Пробежав так \(\Delta t_1 = 15\) с, мышь опять почувствовала, что линейка начинает падать. Чтобы предотвратить это неудачное событие, мышь остановилась. Но простояла она только \(\Delta t_2 = 60\) с, потому что линейка снова начала падать. Чему равна масса мыши?

    Длина линейки \(L = 100\) см, сторона бруска \(a = 6\) см.

    Рисунок

    Во 2-м варианте сторона бруска \(a = 5\) см, \(\Delta t_1 = 10\) с, \(\Delta t_2 = 90\) с.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Линейка начинает переворачиваться относительно правого края бруска. Запишите правило рычага для двух моментов, когда линейка готова упасть, и вычтите одно уравнение из другого.

    Ответ

    1-й вариант: \(m \approx 26{,}5\) г;  2-й вариант: \(m \approx 52{,}5\) г.

    Решение

    В оба критических момента линейка переворачивается относительно правого края бруска. В первый момент правило рычага: \(\left(\dfrac{L}{2} - \dfrac{a}{2}\right) m_{\text{мыши}} = \left(\dfrac{L}{2} + \dfrac{a}{2}\right) m_{\text{песка}} + \dfrac{a}{2} m_{\text{линейки}}\). В третий момент мышь сместилась на \(v\Delta t_1\), а песка стало меньше на \(\mu(\Delta t_1 + \Delta t_2)\): \[\left(\frac{L}{2} - \frac{a}{2} - v\Delta t_1\right) m_{\text{мыши}} = \left(\frac{L}{2} + \frac{a}{2}\right)\bigl(m_{\text{песка}} - \mu(\Delta t_1 + \Delta t_2)\bigr) + \frac{a}{2} m_{\text{линейки}}.\] Вычитая, получаем \(v\Delta t_1\, m_{\text{мыши}} = \dfrac{L + a}{2}\,\mu(\Delta t_1 + \Delta t_2)\), откуда \[m_{\text{мыши}} = \frac{\mu (L + a)}{2v}\left(1 + \frac{\Delta t_2}{\Delta t_1}\right).\] В 1-м варианте \(m = \dfrac{0{,}2 \cdot 106}{4}\cdot 5 = 26{,}5\) г, во 2-м \(m = \dfrac{0{,}2 \cdot 105}{4}\cdot 10 = 52{,}5\) г.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи