Задачи › Кинематика твёрдого тела, мгновенный центр вращения

Шины

  1. Шины

    Эстонская 2011/12, заключительный этап, 9-11 кл. · №25954

    Чтобы автомобильные шины снашивались как можно меньше, машины проектируют так, чтобы передние колеса поворачивающей машины поворачивались на разные углы. Найдите самый выгодный в этом смысле угол поворота правого переднего колеса \(\beta\) поворачивающей направо машины, если угол поворота левого колеса равен \(\alpha\). Расстояние между колесами равно \(a\) вдоль и \(b\) поперек машины (см. рисунок). (8 б.)

    Рисунок
    ▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
    Подсказка

    Колёса должны быть повёрнуты вдоль своих скоростей, а перпендикуляры к скоростям всех точек твёрдого тела пересекаются в мгновенной оси вращения.

    ▶ОтветСкрыть: ответ
    Ответ

    \(\beta=\operatorname{arcctg}\!\left(\operatorname{ctg}\alpha-\dfrac ba\right)\).

    ▶РешениеСкрыть: решение
    Решение

    Колёса нужно поворачивать в направлении их движения. Перпендикуляр, проведённый из любой точки твёрдого тела к направлению движения этой точки, проходит через (мгновенную) ось вращения тела. Очевидно, ось вращения автомобиля лежит на одной прямой с осями задних колёс. В оптимальном случае она лежит и на оси как левого, так и правого переднего колеса.

    Рисунок

    Значит, искомый угол \[\beta=\operatorname{arcctg}\!\left(\frac{a\operatorname{ctg}\alpha-b}{a}\right)=\operatorname{arcctg}\!\left(\operatorname{ctg}\alpha-\frac ba\right).\]

    Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.

    Вся олимпиада на сайте

Похожие задачи