На горизонтальном диске радиусом 1м лежит шайба на расстоянии 60см от центра. В первом опыте диск вращают с ω1=2рад/с, во втором — с ω2=2.5рад/с. Коэффициент трения μ=0.3. Определите, будет ли шайба скользить в каждом случае. Обоснуйте ответ, указав действующие силы и используемые физические законы.
Решение
Силы, действующие на шайбу. Сила тяжести: Fg=mg. Сила реакции опоры: N=−Fg. Сила трения: Fтр=μN=μmg (максимально возможная).
Условие отсутствия скольжения. Центростремительная сила не должна превышать максимальную силу трения: mω2r≤μmg
Первый опыт. Fцс=m(2)2⋅0.6=2.4mFтр.max=0.3⋅m⋅9.8≈2.94m2.4m<2.94m→ не скользит
Второй опыт. Fцс=m(2.5)2⋅0.6=3.75m3.75m>2.94m→ скользит
Критическая угловая скорость: ωкр=rμg=0.60.3⋅9.8≈2.21рад/с Ответ: При ω=2рад/с: шайба не скользит. При ω=2.5рад/с: шайба скользит.