2020-11-28
К невесомому обручу прикреплен грузик $m$ (рис.). Обруч опирается на доску, по которой не может скользить. С каким ускорением а нужно тянуть доску, чтобы угол $\alpha$ был равен $30^{ \circ}$?
Решение:
Чтобы обруч был в покое относительно доски, на грузик $m$ должна действовать в направлении движения сила $F = ma$. Поэтому для определения ускорения нужно определить силу $F$. Это можно сделать двумя способами. Условием равновесия обруча на доске является равенство нулю моментов всех сил, действующих на грузик $m$ относительно определенной оси вращения. Запишем уравнение моментов сил относительно точки соприкосновения обруча к доске С (рис.): $Fr(1 - \cos \alpha ) = mgr \sin \alpha$.
Отсюда $F = \frac{mg \sin \alpha}{1 - \cos \alpha}$. Тогда $ma = \frac{mg \sin \alpha}{1 - \cos \alpha }$, откуда $a = \frac{g \sin \alpha}{1 - \cos \alpha } \approx 16,3 м/с^{2}$. Величину силы $F$ можно определить, рассмотрев два подобных треугольника: $\frac{F}{mg} = \frac{AB}{AO} = \frac{ \sin \alpha }{ 1 - \cos \alpha }$.