Задачи › Равновесие тел, моменты сил

Две руки

  1. Две руки

    Санкт-Петербургская 2021/22, 8 кл.
    4/10

    Погрузочный кран в порту захватывает контейнер двумя зажимами и переносит его. Расстояние между зажимами рассчитано на стандартный контейнер и равно \(\ell = 12\) м, при этом, если модуль разности сил, действующих на зажимы, будет больше \(100\) кН, соединяющий их механизм сломается. Однажды в порт привезли крупногабаритный груз — длинный контейнер массой \(100\) т. Рабочие могут определить положение его центра масс, ошибившись не больше, чем на \(50\) см. Достаточно ли такой точности, чтобы кран гарантированно не сломался?

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Запишите условие равновесия относительно центра масс контейнера и выразите разность сил через смещение центра масс.

    Ответ

    Да, достаточно: даже при ошибке \(50\) см разность сил составляет около \(81\) кН, что меньше \(100\) кН.

    Решение

    На контейнер действуют три силы: сила тяжести \(mg\), сила \(F_1\) со стороны левого зажима и сила \(F_2\) со стороны правого. Из второго закона Ньютона \[F_1 + F_2 = mg.\] Запишем правило рычага относительно центра масс, считая, что при закреплении зажимов рабочие ошиблись на \(\Delta x\): \[F_1\left(\frac{\ell}{2} - \Delta x\right) = F_2\left(\frac{\ell}{2} + \Delta x\right).\] Отсюда \[(F_1 + F_2)\,\Delta x = \frac{\ell}{2}\,(F_1 - F_2),\] и с учётом первого уравнения \[F_1 - F_2 = \frac{2mg\,\Delta x}{\ell}.\] Видно, что чем больше \(\Delta x\), тем больше разность сил. Подставим крайний случай \(\Delta x = 50\) см: \[F_1 - F_2 = \frac{2\cdot 100\,\text{т}\cdot 9{,}8\,\text{м/с}^2\cdot 50\,\text{см}}{12\,\text{м}} \approx 81\,\text{кН}.\]

    Это меньше \(100\) кН, поэтому кран гарантированно не сломается.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи