ID: 00041268
Однородный брус массой $2$ кг и длиной $1$ м подвешен, как показано на рисунке, и находится в равновесии. Правая нить укреплена на расстоянии $40$ см от правого края. На каком расстоянии от левого края укреплена левая нить? Блоки и нить считать идеальными. Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на брус и на подвижный блок.
Дано:
$m = 2$ кг
$L = 1$ м
$l_1 = 0{,}4$ м
$g = 10\ \dfrac{м}{с^2}$
Найти:
$x$ — ?
Сделаем рисунок с указанием всех сил, действующих на брус и подвижный блок.
Запишем условие равновесия для поступательного движения бруса:
$\vec{T}_1 + \vec{T}_2 + m\vec{g} = 0$
Спроецируем на ось $y$:
$T_1 + T_2 = mg \quad (1)$
Запишем второй закон Ньютона для подвижного блока:
$\vec{T}_3 + \vec{T}_4 + \vec{T}_5 = 0$
Спроецируем на ось $y$:
$T_3 + T_4 = T_5 \quad (2)$
Так как нить невесома, то $T_3 = T_4 = T$. Тогда $T_5 = 2T$.
Так как нити невесомы, то $T_1 = T_5 = 2T$, $T_2 = T_3 = T$.
Из уравнения $(1)$:
$2T + T = mg \Rightarrow T = \dfrac{mg}{3}$
Момент силы находится по формуле: $M = Fl$, где $F$ — сила, $l$ — плечо силы $F$ относительно выбранной оси вращения.
Запишем правило моментов относительно оси, проходящей через левый конец бруса:
$T_2 \cdot x - mg \cdot \dfrac{L}{2} + T_1 \cdot (L - l_1) = 0$
С учётом $T_1 = \dfrac{2}{3}mg$, $T_2 = \dfrac{1}{3}mg$:
$\dfrac{1}{3}mg \cdot x - mg \cdot \dfrac{L}{2} + \dfrac{2}{3}mg \cdot (L - l_1) = 0$
Сократим на $mg$ и выразим $x$:
$x = 2l_1 - \dfrac{L}{2}$
Подставим численные значения:
$x = 2 \cdot 0{,}4\ м - \dfrac{1\ м}{2} = 0{,}3$ м
Ответ:
$x = 2l_1 - \dfrac{L}{2} = 0{,}3$ м
$x = 2l_1 - \dfrac{L}{2} = 0{,}3$ м