Задачи › Динамика со связями: клинья, стержни

Тележка с блоком и груз на нити

  1. Тележка с блоком и груз на нити

    «Шаг в будущее» 2022/23, 10–11 кл.
    8/10

    В механической конструкции, изображённой на рисунке, тележка 1 с прикреплённым к ней блоком может скользить без трения по горизонтальной поверхности неподвижного стола. В начальный момент тележка 1 и груз 2 неподвижны. Затем груз 2 отклоняют от вертикали на угол \(\alpha = \arcsin(1/8)\) и отпускают. С каким ускорением относительно стола движется груз 2, если угол \(\alpha\), образуемый нитью с вертикалью, не меняется в процессе движения? Значения масс тележки и груза не известны. Нить невесома и нерастяжима. Ускорение свободного падения \(g = 10\) м/с\(^2\). Ответ дайте в м/с\(^2\), округлив его до десятых.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Перейдите к ускорению груза относительно тележки, учтя, что нить не растягивается и её наклон не меняется.

    Ответ

    \(1{,}7\) м/с\(^2\).

    Решение

    ИСО связана со столом. Пусть \(m\) — масса груза 2, \(a\) — ускорение тележки, \(a_{\text{гр}}\) — ускорение груза. Второй закон Ньютона для груза: \(\vec T + m\vec g = m\vec a_{\text{гр}}\), в проекциях: \(T\sin\alpha = m a_{\text{гр}.x}\), \(mg - T\cos\alpha = m a_{\text{гр}.y}\). Так как наклон нити не меняется, \(a_{\text{гр}.x} = a\), а из нерастяжимости нити проекция ускорения на направление нити также равна \(a\). Тогда \(a_{\text{гр}.y} = a\,\tg\alpha + \dfrac{a}{\cos\alpha} = \dfrac{a(1+\sin\alpha)}{\cos\alpha}\). Отсюда \(a = \dfrac{g\sin\alpha\cos\alpha}{1+\sin\alpha}\), и ускорение груза \(a_{\text{гр}} = \dfrac{g\sin\alpha}{1+\sin\alpha}\sqrt{2(1+\sin\alpha)} = \dfrac{g}{6} = 1{,}7\) м/с\(^2\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи