ID: 00004979
В системе, изображённой на рисунке, трения нет, блоки невесомы, нити невесомы и нерастяжимы, их участки, не лежащие на блоках, вертикальны, массы грузов равны m_1 = 1 кг, m_2 = 3 кг, m_3 = 0,5 кг. Точки подвеса груза m_2 — однородной горизонтальной балки — находятся на равных расстояниях от её концов. Найдите модуль и направление ускорения груза массой m_3.
Какие законы Вы используете для описания движения системы грузов и блоков? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Источник: ФИПИ
Здесь одна непрерывная нить проходит через систему неподвижных и подвижных блоков, поэтому её натяжение T всюду одинаково. На концах нити висят грузы m_1 и m_3, а два подвижных блока держат балку m_2 (каждый подвижный блок охватывают две нити, поэтому на балку с каждой стороны действует 2T). Запишем второй закон Ньютона для каждого тела и связь ускорений.
Уравнения движения (вниз положительно). m_1: m_1 g-T=m_1 a_1. m_3: m_3 g-T=m_3 a_3. Балка m_2 (её держат 2T+2T=4T): m_2 g-4T=m_2 a_2.
Связь ускорений. Длина нити постоянна, отсюда a_1+4a_2+a_3=0 (подвижные блоки дают коэффициент 2 с каждой стороны балки).
Решение. Выразив ускорения через T и подставив в связь: 6g-T\left(\dfrac{1}{m_1}+\dfrac{16}{m_2}+\dfrac{1}{m_3}\right)=0, откуда T=\dfrac{6g}{1+\frac{16}{3}+2}\approx7{,}2 Н. Тогда a_3=g-\dfrac{T}{m_3}=10-\dfrac{7{,}2}{0{,}5}=-4{,}4\ \frac{\text{м}}{\text{с}^2}. Знак минус означает, что груз m_3 движется вверх с ускорением 4{,}4\ \frac{\text{м}}{\text{с}^2}.
4,4