Заклинивание шайбы между стержнями
5/10На горизонтальной поверхности между двумя одинаковыми стержнями \(BC\) и \(B'C'\) находится шайба (см. рисунок; вид сверху). Стержни скреплены шарнирно в точке \(A\). Концы стержней \(B\) и \(B'\) сжимают, перемещая шайбу по поверхности. При каком угле между стержнями \(\alpha\) 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.

▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаСилы реакции со стороны стержней на шайбу направлены от шарнира, а силы трения — к шарниру. Сравните сумму проекций этих сил на направление, перпендикулярное биссектрисе угла, с максимальной силой трения покоя.
Ответ\(\mu \geq \operatorname{tg}\dfrac{\alpha}{2}\).
РешениеПри сжимающих силах в точках \(B\) и \(B'\) возникают силы реакции стержней, действующие на шайбу; их сумма направлена от шарнира \(A\) и выталкивает шайбу из системы стержней. Одновременно возникают силы трения, направленные к шарниру \(A\) и препятствующие движению шайбы.

Шайба начнёт двигаться, если сумма сил реакции (которые могут быть любыми, так как определяются тем, как сжимают концы стержней) будет превосходить сумму двух сил трения, направленных к \(A\). Силы трения принимают максимальные значения \(\mu N\). Движение возможно, если \[2N\cos\left(90^\circ - \frac{\alpha}{2}\right) \geq 2\mu N\cos\frac{\alpha}{2} \quad\Rightarrow\quad \mu \leq \operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}.\] Движения не будет ни при какой силе \(N\) (т.е. произойдёт заклинивание), если \[\mu \geq \operatorname{tg}\frac{\alpha}{2}.\]
Похожие задачи
- Коробка на санках СПбГУ 2010/11, 10 кл.
- Брусок под углом МОШ 2011/12, 10 кл.
- Прокатный стан ИОШ 2013/14, 9-11 кл.
- Туда-сюда ВсОШ 2013/14, 9 кл.
- Два бруска, сцепленные пружиной СПбГУ 2014/15, 10 кл.
- Два бруска, сцепленные пружиной СПбГУ 2014/15, 11 кл.