26

Решение: Натяжение нити при вращении

ЕГЭ · Физика · Задание 26 · Динамика и гравитация
ВысокаяФИПИ48129FРазвёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 7 шагов
Условие

На вертикальной оси укреплена гладкая горизонтальная штанга, по которой могут перемещаться два груза массами $m_1 = 200\ \text{г}$ и $m_2 = 300\ \text{г}$, связанные нерастяжимой невесомой нитью длиной $l = 20\ \text{см}$. Нить закрепили на оси так, что грузы располагаются по разные стороны от оси и натяжение нити с обеих сторон от оси при вращении штанги одинаково. Определите модуль силы натяжения $T$ нити, соединяющей грузы, при вращении штанги с частотой $600\ \text{об/мин}$.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

7 шагов
1

Переведём величины в единицы СИ: $m_1 = 0{,}2\ \text{кг}$, $m_2 = 0{,}3\ \text{кг}$, $l = 0{,}2\ \text{м}$. Частота вращения равна $\nu = 600/60 = 10\ \text{Гц}$.

2

Оба груза движутся по окружностям с одной и той же угловой скоростью. Для каждого груза сила натяжения нити является центростремительной силой:

$$T = m_1\omega^2r_1,\qquad T = m_2\omega^2r_2$$
3

Так как натяжение нити одинаково, радиусы вращения связаны соотношением:

$$m_1r_1 = m_2r_2$$
4

Расстояния от оси до грузов в сумме равны длине нити:

$$r_1+r_2=l$$
5

Решая систему уравнений $m_1r_1=m_2r_2$ и $r_1+r_2=l$, получаем:

$$r_1=\frac{m_2l}{m_1+m_2}=\frac{0{,}3\cdot0{,}2}{0{,}2+0{,}3}=0{,}12\ \text{м}$$
6

Угловая скорость вращения равна:

$$\omega=2\pi\nu=20\pi\ \text{рад/с}$$

Вычислим силу натяжения нити по формуле для первого груза:

$$T=m_1\omega^2r_1=0{,}2\cdot(20\pi)^2\cdot0{,}12=9{,}6\pi^2\approx94{,}7\ \text{Н}$$
Ответ

Модуль силы натяжения нити: $T \approx 95\ \text{Н}$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Используют частоту $600$ вместо переведённой в герцы частоты $10\ \text{Гц}$.

Считают, что расстояния грузов от оси равны, хотя массы грузов различны.

Забывают, что $r_1+r_2=l$, поскольку грузы находятся по разные стороны от оси.

Используют линейную скорость вместо угловой без соответствующего преобразования.

Закрепить приёмВ теме «Динамика и гравитация» ещё 238 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 26 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 7 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Динамика и гравитация»: в ней 239 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.