Статика — Задание 22 ЕГЭ по физике №00001362
Статика
№2. Задание 22
ID: 00001362
В механической системе, изображённой на рисунке, двухступенчатый блок с радиусами r = 10 см и R = 20 см может вращаться без трения вокруг неподвижной горизонтальной оси. К блоку прикреплена лёгкая штанга длиной l = 25 см, на конце которой расположен маленький груз массой m = 400 г, а на ступени блока намотана невесомая нерастяжимая нить, концы которой закреплены на блоке. На нити под этим блоком висит очень лёгкий подвижный блок радиусом 15 см, который может вращаться без трения вокруг своей оси, к которой подвешен груз массой M = 0,9 кг. Вначале штангу удерживали в вертикальном положении, а затем отпустили, и после затухания колебаний в системе штанга в положении равновесия оказалась отклонённой от вертикали на угол α. Чему равен этот угол?

Источник: ФИПИ
Решение
Дано:
$R = 0{,}2 \text{ м}, \quad r = 0{,}1 \text{ м}, \quad L = 0{,}25 \text{ м}$
$m = 0{,}4 \text{ кг}, \quad M = 0{,}9 \text{ кг}, \quad g = 10 \text{ м/с}^2$
Найти:
$\alpha$ — ?
Решение:
Система находится в равновесии. Находим силу натяжения нити из условия равновесия подвижного блока (ось $Oy$ вверх):
$$2T = Mg \implies T = \frac{Mg}{2} = \frac{0{,}9 \cdot 10}{2} = 4{,}5 \text{ Н}$$
Для двухступенчатого блока записываем уравнение моментов относительно оси вращения (точка O). Нить на большом радиусе $R$ создаёт момент против часовой стрелки, нить на малом радиусе $r$ — по часовой, сила тяжести груза $mg$ на конце штанги с плечом $x = L\sin\alpha$ — по часовой:
$$-T \cdot R + T \cdot r + mg \cdot L\sin\alpha = 0$$
Выражаем $\sin\alpha$:
$$mg L \sin\alpha = T(R - r)$$
$$\sin\alpha = \frac{T(R - r)}{mgL} = \frac{M g (R - r)}{2mgL}$$
$$\sin\alpha = \frac{0{,}9 \cdot (0{,}2 - 0{,}1)}{2 \cdot 0{,}4 \cdot 0{,}25} = \frac{0{,}9 \cdot 0{,}1}{0{,}2} = \frac{0{,}09}{0{,}2} = 0{,}45$$
$$\alpha = \arcsin(0{,}45) \approx 26{,}7°$$
Ответ
26,7
Видеоразбор
Другие задания по теме «Статика» (8)
- Задание 22 №00041312 — Груз массой 120 кг удерживают с помощью лёгкой нити и рычага, приложив к его…
- Задание 22 №00041270 — Однородная балка массы m ( mg равно 700 Н) и длины 2,5 м опирается о гладкий…
- Задание 22 №00041269 — Однородный стержень AB массой 100 г покоится, упираясь в стык дна и стенки…
- Задание 22 №00041268 — Однородный брус массой 2 кг и длиной 1 м подвешен, как показано на рисунке, и…
- Задание 22 №00041267 — На стержень длиной l равно 1 м и массой M равно 2 кг с разных сторон повесили…
- Задание 22 №00026358 — Тонкий однородный стержень АВ шарнирно закреплён в точке А и удерживается…
- Задание 22 №00026351 — Невесомый стержень длиной 3 м, находящийся в ящике с гладкими дном и стенками,…
- Задание 22 №00026347 — Груз массой M равно 75 кг медленно поднимают с помощью рычага, приложив…