Моток липкой ленты
5/10На стержень радиусом \(r\) прочно насажен моток нерастяжимой липкой ленты внешним радиусом \(R\) (см. рисунок). На этом же стержне на лёгкой нити висит груз массы \(m\). Если ленту тянуть с силой \(F\), то груз будет подниматься с постоянной скоростью. С какой силой \(F_x\) надо тянуть ленту, чтобы поднимать груз \(2m\) с той же скоростью? Стержень может свободно вращаться вокруг неподвижной оси \(OO'\). Считать, что минимальная сила, необходимая для отрыва ленты от мотка, направлена по его радиусу и не зависит от скорости отрыва.

▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(F_x = \sqrt{F^2 + 3m^2g^2\dfrac{r^2}{R^2}}\).
РешениеРазложим силу натяжения ленты на две составляющие: касательную \(F_t\) и нормальную \(F_{\text{н}}\) к поверхности мотка в точке отрыва. Касательную компоненту \(F_t\) находим из уравнения моментов для мотка, которое запишем для двух случаев: \[F_tR = mgr,\quad F_{tx}R = 2mgr.\] Тогда сила, с которой следует тянуть ленту в этих случаях, равна \[F = \sqrt{F_t^2 + F_{\text{н}}^2},\quad F_x = \sqrt{F_{tx}^2 + F_{\text{н}}^2}.\] Отсюда получаем \[F_x = \sqrt{F_{tx}^2 + F_{\text{н}}^2} = \sqrt{4m^2g^2\dfrac{r^2}{R^2} + F^2 - m^2g^2\dfrac{r^2}{R^2}} = \sqrt{F^2 + 3m^2g^2\dfrac{r^2}{R^2}}.\]
Похожие задачи
- Согнутая линейка МОШ 2010/11, 8 кл.
- Шарнирный кронштейн с грузом ИОШ 2012/13, 9-11 кл.
- Ледяные бруски Максвелл 2012/13, 8 кл.
- Ящик и стержень у стены Санкт-Петербургская 2012/13, 10 кл.
- Платформа на нитях Санкт-Петербургская 2012/13, 8 кл.
- Стержень на двух опорах Интернет-олимпиада 2013/14, 7 кл.