Задачи › Кинематика твёрдого тела, мгновенный центр вращения

Цепочка из 2015 зубчатых колёс

  1. Цепочка из 2015 зубчатых колёс

    ИОШ 2015/16, 9-10 кл.
    3/10

    В плоскости расположено 2015 зубчатых колёс (с отличающимися размерами) с зацепляющимися зубцами. Колёса расположены по кругу, как показано на рисунке, и 2015-е колесо зацепляется за первое. Первое колесо вращается по часовой стрелке (см. рисунок). Может ли вращаться такая система? Ответ обосновать.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    Не может: 2015 колёс — нечётное число, а в замкнутой по кругу цепочке зацепления первое и последнее колёса должны вращаться в разные стороны.

    Решение

    Пусть есть два зацепляющихся зубчатых колеса, вообще говоря, разных радиусов. При вращении одного из них второе будет вращаться так, что линейные скорости точек колёс в точке их соприкосновения будут совпадать. Поэтому колёса вращаются в разные стороны: одно по часовой, а второе против часовой стрелки. Если есть третье зубчатое колесо, связанное с одним из первых двух, то оно будет вращаться в противоположном направлении по сравнению с тем колесом, с которым оно сцеплено, и линейная скорость его поверхности будет такая же, как у первых двух. И так далее. Чтобы система колёс, связанных друг с другом «по кругу», могла вращаться, нужно, чтобы первое и последнее колесо вращались в разных направлениях и линейные скорости точек поверхности совпадали. Второе условие выполнено всегда независимо от размера колёс, первое же условие выполнено только если число колёс «в круге» — чётное. Поскольку у нас оно нечётное, такая система колёс вращаться не может.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи