РУҚА
26

Шешімі: Груз на вращающемся диске

ЕГЭ · Физика · Тапсырма 26 · Динамика және гравитация
ЖоғарыФИПИ0DDE03Толық шешім≈ 12 минутТалдау 6 қадам
Условие

Имеется недеформированная пружина длиной $L = 20\ \text{см}$ и жёсткостью $k = 30\ \text{Н/м}$, груз массой $m = 0{,}2\ \text{кг}$, а также вращающийся с частотой $\nu = 1\ \text{Гц}$ массивный диск. На каком максимальном расстоянии от центра диска можно положить на него груз, прикрепив его пружиной к центру диска, чтобы груз оставался неподвижным относительно диска? Коэффициент трения между грузом и диском $\mu = 0{,}3$. Размерами груза пренебречь. Сделайте схематический рисунок с указанием сил, действующих на груз.

Тапсырманы ашып, өзіңіз шешіңіз
Дальше ответЕгер әлі шешіп жатсаңыз – кеңестерден бастаңыз: олар жауапқа жетелейді, бірақ оны ашпайды.
К подсказкам

Шешім по шагам

6 қадам
1

Рассмотрим груз в инерциальной системе отсчёта. На него действуют сила тяжести $mg$ вниз, реакция опоры $N$ вверх, сила упругости пружины вдоль радиуса к центру и сила трения в плоскости диска. Для движения по окружности необходима равнодействующая сил, направленная к центру.

$$N = mg$$
2

Угловая скорость диска равна

$$\omega = 2\pi\nu = 2\pi\ \text{рад/с}$$
3

При максимальном расстоянии $r$ пружина растянута, поэтому её сила направлена к центру и равна $k(r-L)$. На пределе устойчивости сила трения имеет максимальное значение $f_{\max} = \mu N = \mu mg$ и направлена от центра.

$$k(r-L) - \mu mg = m\omega^2r$$
4

Подставим числовые значения: $L = 0{,}20\ \text{м}$, $m = 0{,}2\ \text{кг}$, $k = 30\ \text{Н/м}$, $\mu = 0{,}3$, $g \approx 10\ \text{м/с}^2$.

$$30(r-0{,}20)-0{,}3\cdot0{,}2\cdot10=0{,}2\cdot(2\pi)^2r$$
5

Решая уравнение относительно $r$, получаем

$$r = \frac{30\cdot0{,}20+0{,}3\cdot0{,}2\cdot10}{30-0{,}2(2\pi)^2} \approx 0{,}299\ \text{м}$$

На схематическом рисунке следует показать силу тяжести $mg$ и реакцию опоры $N$ по вертикали, силу упругости $F_\text{упр}$ к центру диска и силу трения $f$ от центра диска.

Жауап

Максимальное расстояние от центра диска: $r_{\max} \approx 0{,}30\ \text{м}$, или примерно $30\ \text{см}$.

Бұл жауап талдау нәтижесінде алынды, бірақ банктің ресми кілтімен тексерілген жоқ — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Направляют силу трения к центру при максимальном радиусе, хотя на пределе пружина создаёт избыточную силу, и трение направлено от центра.

Используют силу трения меньше предельной вместо условия $f = \mu mg$.

Забывают перевести длину пружины из сантиметров в метры.

Приравнивают силу пружины непосредственно к центростремительной силе и не учитывают трение.

Закрепить приёмВ теме «Динамика және гравитация» ещё 238 тапсырма — жауабымен және дәл осындай талдауымен.
Жаттығу

Тапсырманы қалай шешу керек 26 ЕГЭ, физика

Бұл есептің талдауы келесіге бөлінген: 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Жауап есептеулердің жанында келтірілген, олардың орнына емес.

Задача из темы «Динамика және гравитация»: в ней 239 задач, и у каждой есть такой же разбор. Тіркеу қажет емес.