Динамика — Задание 26 ЕГЭ по физике №00041195
Динамика
№2. Задание 26
ID: 00041195
Диск вращается вокруг вертикальной оси с постоянной угловой скоростью $\omega = 2$ рад/с. На каких расстояниях от оси вращения тело, расположенное на диске, не будет соскальзывать? Коэффициент трения между телом и поверхностью диска $\mu = 0{,}2$. Какие законы Вы используете для решения задачи? Обоснуйте их применение.
Источник: Global_EE
Решение
Дано: $\omega = 2$ рад/с, $\mu = 0{,}2$. Найти: $R$.
Обоснование
1. Введём инерциальную систему отсчёта (ИСО), связанную с Землёй.
2. Тело движется по окружности, его размерами можно пренебречь, поэтому его можно считать материальной точкой.
3. Так как тело является материальной точкой, то описывать его движение в ИСО будем, используя законы Ньютона.
4. Так как тело движется по окружности, то оно обладает центростремительным ускорением, направленным к центру окружности, по которой движется тело.
Решение
Расставим силы, действующие на тело: сила тяжести $m\vec{g}$ (вниз), сила реакции опоры $\vec{N}$ (вверх) и сила трения покоя $\vec{F}_{тр}$, направленная горизонтально — к оси вращения. Именно трение и удерживает тело на окружности.
Тело не соскальзывает, пока хватает трения покоя:
$F \le \mu N$
В вертикальном направлении тело не движется, там действуют только две силы:
$N = mg \quad \Rightarrow \quad F \le \mu m g$
Центростремительное ускорение через угловую скорость:
$a_{цс} = \dfrac{v^2}{R} = \omega^2 R$
По второму закону Ньютона в проекции на направление к центру единственная сила, сообщающая это ускорение, — сила трения:
$F = m a_{цс} = \dfrac{m v^2}{R} = m\omega^2 R \le \mu m g$
Масса сокращается, откуда получаем условие на радиус:
$R \le \dfrac{\mu g}{\omega^2} = \dfrac{0{,}2 \cdot 10}{4} = 0{,}5$ м
Ответ: $R \le \dfrac{\mu g}{\omega^2} = 0{,}5$ м
Ответ
Ответ: $R \le \dfrac{\mu g}{\omega^2} = 0{,}5$ м
Другие задания по теме «Динамика» (8)
- Задание 26 №00048660 — На заре развития авто- и мототехники большой популярностью пользовался…
- Задание 26 №00048658 — Два тела подвешены за нерастяжимую и невесомую нить к идеальному блоку, как…
- Задание 26 №00048657 — Имеется недеформированная пружина длиной L равно 20 см и жёсткостью k равно 100…
- Задание 26 №00048604 — С какой максимальной скоростью можно кататься на велосипеде по поверхности…
- Задание 26 №00048597 — На заре развития авто- и мототехники большой популярностью пользовался…
- Задание 26 №00048549 — Небольшой кубик массой m равно 1,5 кг начинает скользить с высоты H равно 2,45…
- Задание 26 №00048548 — Два одинаковых бруска связаны между собой невесомой нерастяжимой нитью,…
- Задание 26 №00048547 — Брусок массой M равно 600 г соединён невесомой и нерастяжимой нитью,…