Однородный тонкий стержень массой m=1кг длиной L шарнирно закреплен одним концом к потолку, а другим концом опирается на горизонтальную доску, образуя угол α=30∘. Доска движется влево с постоянной скоростью под действием силы F. Найдите величину F, если коэффициент трения между стержнем и доской μ=0.2. Трением доски о опору и трением в шарнире пренебречь.
Решение
Обоснование.
Используем инерциальную систему отсчета. Доска движется равномерно (a=0). Стержень находится в равновесии. Условия равновесия: ∑F=0 и ∑M=0.
Силы, действующие на систему. На доску: F (внешняя сила) и Fтр1 (трение со стороны стержня). На стержень: mg (сила тяжести), N (реакция опоры), Fтр2 (трение о доску), реакции шарнира Tx и Ty.
Уравнения равновесия.
Для доски: F=Fтр1=Fтр2(1) Моменты сил для стержня (относительно шарнира): mg2Lcosα=Fтр2Lsinα+NLcosα(2)
Сила трения:Fтр2=μN(3)
Из (2) и (3): 2mgcosα=μNsinα+NcosαN=2(μsinα+cosα)mgcosα Подставляем в (1): F=μN=2(μsinα+cosα)μmgcosα Численный расчет: F=2(0.2sin30∘+cos30∘)0.2⋅1⋅10⋅cos30∘≈0.9Н Ответ: F≈0.9Н.