Клин с двумя телами
7/10На вершине клина массой \(M\) с высотой \(h\) и углами \(\alpha\) и \(\beta\) при основании удерживаются два небольших тела одинаковой массой \(m\) (см. рисунок). Клин стоит на гладкой горизонтальной плоскости. После освобождения тела соскальзывают с клина в разные стороны и застревают внизу в специальных улавливателях, установленных в конце каждой из наклонных плоскостей клина. На какое расстояние сдвинется клин после соскальзывания тел?

▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(\Delta x = \dfrac{m}{M + 2m}(\operatorname{ctg}\alpha - \operatorname{ctg}\beta)h\); при \(\alpha < \beta\) клин смещается вправо.
РешениеПоместим начало системы координат в левый угол клина и направим ось \(X\) вправо по горизонтали. Пусть \(x_1\) и \(x_2\) — координаты верхушки клина до и после соскальзывания грузов, а \(x_0\) — расстояние по оси \(X\) от верхушки до центра масс клина. Так как при соскальзывании грузов координата центра масс всей системы \(X_{\text{ц.м.}}\) остаётся неизменной, то имеем уравнение: \[(M + 2m)X_{\text{ц.м.}} = \text{const} = M(x_1 + x_0) + 2mx_1 =\] \[= M(x_2 + x_0) + m(x_2 - h\operatorname{ctg}\alpha) + m(x_2 + h\operatorname{ctg}\beta).\] Из него для смещения клина получаем: \[\Delta x = x_2 - x_1 = \dfrac{m}{M + 2m}(\operatorname{ctg}\alpha - \operatorname{ctg}\beta)h.\] Заметим, что при \(\alpha < \beta\) клин смещается вправо.
Похожие задачи
- Цилиндр и выезжающая подставка МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
- Цилиндр и клин на наклонных плоскостях МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
- Колечко на двух обручах МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
- Клин с бруском на нити ВсОШ 1998/99, 9 кл.
- Клин и тело на нём МОШ 2003/04, 9 кл.
- Бусины на спицах Санкт-Петербургская 2014/15, 9 кл.