Задачи › Сила трения: покой и проскальзывание

Заклинивание шайбы между стержнями

  1. Заклинивание шайбы между стержнями

    Росатом 2019/20, 10 кл.
    5/10

    На горизонтальной поверхности между двумя одинаковыми стержнями \(BC\) и \(B'C'\) находится шайба. Стержни скреплены шарнирно в точке \(A\) (см. рисунок; вид сверху). Концы стержней \(B\) и \(B'\) сжимают, перемещая шайбу по поверхности. При каком угле \(\alpha\) между стержнями наступит заклинивание — шайба перестанет двигаться при любом усилии, прикладываемом к точкам \(B\) и \(B'\)? Коэффициент трения между стержнями и шайбой — \(\mu\), трение между шайбой и поверхностью отсутствует.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Изобразите силы, с которыми стержни действуют на шайбу: силы реакции и силы трения. Сравните сумму проекций сил трения с суммой проекций сил реакции на биссектрису угла \(\alpha\).

    Ответ

    заклинивание наступает при \(\mu \geqslant \operatorname{tg}\dfrac{\alpha}{2}\).

    Решение

    При действии на точки \(B\) и \(B'\) «сжимающих» сил возникнут силы реакции, действующие со стороны стержней на шайбу, сумма которых направлена от шарнира, соединяющего стержни. Эта сила будет действовать на шайбу, выталкивая её из системы стержней. С другой стороны, при этом возникнут силы трения, которые направлены к шарниру, скрепляющему стержни, и которые препятствуют движению шайбы (см. рисунок). Шайба будет двигаться, если сумма сил реакции (которые определяются тем, как мы сжимаем концы стержней \(B\), и потому могут быть любыми) будет превосходить сумму двух сил трения, которая будет направлена к шарниру \(A\). При этом силы трения будут принимать свои максимальные значения \(\mu N\). То есть движение будет, если \[2N\cos\left(90^\circ - \frac{\alpha}{2}\right) \geqslant 2\mu N\cos\frac{\alpha}{2}\] или \[\mu \leqslant \operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}.\] И соответственно движения не будет ни при какой силе \(N\) (т.е. произойдёт заклинивание), если \[\mu \geqslant \operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}.\]

    Рисунок

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи