Диск радиуса R=10 см катится без по горизонтальной поверхности. Скорость оси диска v=1,0 м/с. На боковой поверхности диска на расстоянии r=9,0 см от оси сидит таракан массой m=0,05 г. Найдите наименьшую по величине силу Fmin, с которой таракан действует на диск в процессе движения. Диск однородный, его центр движется с постоянной по величине и направлению скоростью.
Объяснение:
рассмотрим движение таракана как сумму двух движений.
равномерное поступательное движение вместе с осью диска и вращательное движение вокруг оси диска.
поступательное движение в данном случае без ускорения.
вращательное движение имеет ускорение направленное к оси вращения. модуль ускорения постоенен
а=V^2/r=w^2*r=v^2*r/R^2
где V скорость таракана относительно оси диска, v - заданная скорость движения точек обода диска относительно оси.
модуль ускорения постоянен а направление меняется.
по второму закону ньютона
ma = mg+F (векторная запись)
тогда F=ma-mg(векторная запись)
это значит что F принимает минимальное значение тогда когда направление ma (точнее сказать направление ускорения - а) совпадает с направлением вектора mg.
очевидно, что ускорение направлено вниз в верхней точке траектории таракана.
напишем последнее уравнение в проекции на ось х направленную вниз
F=ma-mg (это уравнение в скалярном виде в верхней точке траектории)
F=m(v^2*r/R^2-g)
по 3 закону ньютона таракан действует на диск с силой точно равной по модулю силе F, а значит искомая сила Fmin=m(g-v^2*r/R^2)
если величина силы получилась положительная, значит она направлена вниз.
если отрицательна (например колесо крутится очень быстро) то эта сила направлена вверх.
потому что мы выбрали положительным направление оси вниз вдоль силы mg
считаем
F=m(v^2*r/R^2-g)=0,00005*(1^2*0,09/0,1^2-10)=-0,00005 Н = -0,05 мН= -50 мкН
по ответу видим что таракана явно подрывает вверх (знак минус) т.е. в точке где воздействие таракана на диск минимально он тянет диск вверх.
в ответе вероятно нужно указать ответ без знака
Найдите наименьшую по величине силу Fmin
значит напишите модуль найденой минимальной силы
0,00005 Н = 0,05 мН= 50 мкН
рисунок сделайте сами
отметить мой ответ лучшим - мне до следующего статуса звезд нехватает
(шутка)