Статика — Задание 6 ЕГЭ по физике №00047463
Статика
№2. Задание 6
ID: 00047463
Жёсткий однородный стержень массой $m$ может свободно вращаться в плоскости рисунка вокруг своего нижнего конца, закреплённого в шарнире. Стержень удерживают в равновесии, прикладывая к его верхнему концу силу $\vec F$, направленную перпендикулярно стержню.

Установите соответствие между физическими величинами и формулами, выражающими их в рассматриваемой задаче ($g$ — ускорение свободного падения).
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
А) косинус угла между стержнем и горизонталью
Б) проекция на вертикальную ось $y$ силы реакции шарнира, действующей на стержень
ФОРМУЛА
1) $\sqrt{1-\dfrac{4F^2}{m^2g^2}}$
2) $\dfrac{2F}{mg}$
3) $mg-\dfrac{2F^2}{mg}$
4) $F\cdot\sqrt{1-\dfrac{4F^2}{m^2g^2}}$
А | Б |
|---|---|
|
|
Источник: СтатГрад 09.12.2022
Решение
Стержень длиной $L$ наклонён под углом $\alpha$ к горизонту и держится в равновесии. На него действуют три силы: сила тяжести $mg$ (приложена к середине стержня), сила $F$ (к верхнему концу, перпендикулярно стержню) и сила реакции шарнира (к нижнему концу).
А) Косинус угла. Запишем правило моментов относительно шарнира — тогда реакция шарнира в уравнение не попадает, её плечо равно нулю. Плечо силы $F$ — весь стержень $L$, ведь она перпендикулярна стержню. Плечо силы тяжести — расстояние по горизонтали от шарнира до середины стержня, $\dfrac L2\cos\alpha$. Моменты равны:
$$F\cdot L=mg\cdot\dfrac{L}{2}\cos\alpha\quad\Rightarrow\quad\cos\alpha=\dfrac{2F}{mg}.$$Это формула $2$.
Б) Вертикальная проекция реакции шарнира. Сила $F$ перпендикулярна стержню, поэтому с вертикалью она образует тот же угол $\alpha$, что стержень с горизонталью. Её вертикальная составляющая направлена вверх и равна $F\cos\alpha$. Сумма вертикальных проекций всех сил равна нулю:
$$R_y+F\cos\alpha-mg=0\quad\Rightarrow\quad R_y=mg-F\cos\alpha=mg-F\cdot\dfrac{2F}{mg}=mg-\dfrac{2F^2}{mg}.$$Это формула $3$.
Проверим себя. Если стержень почти горизонтален ($\alpha\to0$), то $\cos\alpha\to1$ и $F\to\dfrac{mg}{2}$: сила держит половину веса, вторую половину — шарнир. Формула $3$ даёт $R_y=mg-\dfrac{2}{mg}\cdot\dfrac{m^2g^2}{4}=\dfrac{mg}{2}$. Сходится.
Ответ
Другие задания по теме «Статика» (8)
- Задание 6 №00047679 — С помощью каната, перекинутого через неподвижный блок, укреплённый под…
- Задание 6 №00047466 — Жёсткий однородный стержень массой m может свободно вращаться в плоскости…
- Задание 6 №00047457 — Деревянный шар висит на верёвке, прикреплённой к гладкой стене. Как изменятся…
- Задание 6 №00047445 — Медный шар висит на верёвке, прикреплённой к гладкой стене. Как изменятся сила…
- Задание 6 №00041308 — Некоторое твёрдое тело может вращаться вокруг неподвижной оси O. На расстоянии…
- Задание 6 №00041306 — Лёгкий стержень AB подвешен в горизонтальном положении при помощи вертикальных…
- Задание 6 №00041266 — При каких условиях наблюдается равновесие рычага с неподвижной осью и свободное…
- Задание 6 №00041265 — Лёгкий стержень AB подвешен в горизонтальном положении при помощи вертикальных…