Задачи из решебника Мещерского онлайн
Динамика:
Динамика материальной системы
§ 39. Плоскопараллельное (плоское) движение твердого тела
Задачи с решениями
39.1 Тяжелое тело состоит из стержня AB длины 80 см и массы 1 кг и прикрепленного к нему диска радиуса 20 см и массы 2 кг. В начальный момент при вертикальном положении стержня телу сообщено такое движение, что скорость центра масс M1 стержня равна нулю, а скорость центра масс M2 диска равна 360 см/с и направлена по горизонтали вправо. Найти последующее движение тела, принимая во внимание только действие силы тяжести.
РЕШЕНИЕ
39.2 Диск падает в вертикальной плоскости под действием силы тяжести. В начальный момент диску была сообщена угловая скорость ω0, а его центр масс C, находившийся в начале координат, имел горизонтально направленную скорость v0. Найти уравнения движения диска. Оси x, y изображены на рисунке. Силами сопротивления пренебречь.
РЕШЕНИЕ
39.3 Решить предыдущую задачу, считая, что момент mC сопротивления движению относительно подвижной горизонтальной оси, проходящей через центр масс C диска перпендикулярно плоскости движения его, пропорционален первой степени угловой скорости диска φ , причем коэффициент пропорциональности равен β. Момент инерции диска относительно этой оси равен JC.
РЕШЕНИЕ
39.4 Ведущее колесо автомашины радиуса r и массы M движется горизонтально и прямолинейно. К колесу приложен вращающий момент m. Радиус инерции колеса относительно оси, проходящей через центр масс перпендикулярно его плоскости, равен ρ. Коэффициент трения скольжения колеса о землю равен f. Какому условию должен удовлетворять вращающий момент для того, чтобы колесо катилось без скольжения? Сопротивлением качения пренебречь.
РЕШЕНИЕ
39.5 Решить предыдущую задачу с учетом трения качения, если коэффициент трения качения равен fк.
РЕШЕНИЕ
39.6 Ось ведомого колеса автомашины движется горизонтально и прямолинейно. К оси колеса приложена горизонтально направленная движущая сила F. Радиус инерции колеса относительно оси, проходящей через центр масс перпендикулярно его плоскости, равен ρ. Коэффициент трения скольжения колеса о землю равен f. Радиус колеса равен r, масса колеса равна M. Какому условию должна удовлетворять величина силы F для того, чтобы колесо катилось без скольжения? Сопротивлением качения пренебречь.
РЕШЕНИЕ
39.7 Решить предыдущую задачу с учетом трения качения, если коэффициент трения качения равен fк.
РЕШЕНИЕ
39.8 Автомобильный прицеп движется замедленно с ускорением w0 до остановки. При этом тормоз в одном из его колес не включается. Давление колеса на дорогу равно N. Коэффициент трения колеса с дорогой равен f. Дано: r — радиус колеса, m — его масса, ρ — радиус инерции. Определить силу горизонтального давления S колеса на его ось.
РЕШЕНИЕ
39.9 Колесо радиуса r катится по прямолинейному горизонтальному рельсу под действием приложенного вращающего момента mвр=(5/2)fMgr, где f —коэффициент трения скольжения, M — масса колеса. Определить скорость точки колеса, соприкасающейся с рельсом (скорость проскальзывания). Масса колеса равномерно распределена по его ободу. Трением качения пренебречь. В начальный момент колесо находилось в покое
РЕШЕНИЕ
39.10 Решить предыдущую задачу с учетом трения качения, если коэффициент трения качения fк=1/4 fr.
РЕШЕНИЕ
39.11 Однородный цилиндр с горизонтальной осью скатывается под действием силы тяжести по наклонной шероховатой плоскости с коэффициентом трения f. Определить угол наклона плоскости к горизонту и ускорение оси цилиндра, предполагая, что при движении цилиндра скольжение отсутствует. Сопротивлением качения пренебречь.
РЕШЕНИЕ
39.12 Однородный сплошной круглый диск катится без скольжения по наклонной плоскости, расположенной под углом α к горизонту. Ось диска образует угол β с линией наибольшего ската. Определить ускорение центра масс диска, считая, что его качение происходит в одной вертикальной плоскости.
РЕШЕНИЕ
39.13 Однородный цилиндр с горизонтальной осью скатывается под действием силы тяжести со скольжением по наклонной плоскости при коэффициенте трения скольжения f. Определить угол наклона плоскости к горизонту и ускорение оси цилиндра.
РЕШЕНИЕ
39.14 Однородное колесо радиуса r скатывается без скольжения по наклонной плоскости, образующей угол α с горизонтом. При каком значении коэффициента трения качения fк центр масс колеса будет двигаться равномерно, а колесо при этом будет равномерно вращаться вокруг оси, проходящей через центр масс перпендикулярно его плоскости?
РЕШЕНИЕ
39.15 На барабан однородного катка массы M и радиуса r, лежащего на горизонтальном шероховатом полу, намотана нить, к которой приложена сила T под углом α к горизонту. Радиус барабана a, радиус инерции катка ρ. Определить закон движения оси катка O. В начальный момент каток находился в покое, затем катился без скольжения.
РЕШЕНИЕ
39.16 Однородный стержень AB массы M горизонтально подвешен к потолку посредством двух вертикальных нитей, прикрепленных к концам стержня. Найти натяжение одной из нитей в момент обрыва другой. Указание. Составить дифференциальные уравнения движения стержня для весьма малого промежутка времени, следующего за моментом обрыва нити, пренебрегая изменением направления стержня и изменением расстояния центра масс стержня от другой нити.
РЕШЕНИЕ
39.17 Однородный стержень AB массы M подвешен в точке O на двух нитях равной с ним длины. Определить натяжение одной из нитей в момент обрыва другой. (См. указание к задаче 39.16.)
РЕШЕНИЕ
39.18 Однородный тонкий стержень длины 2l и массы M лежит на двух опорах A и B; центр масс C стержня находится на одинаковых расстояниях от опор, причем CA=CB=a; давление на каждую опору равно 1/2 P. Как изменится давление на опору A в тот момент, когда опора B будет мгновенно удалена? (См. указание к задаче 39.16.)
РЕШЕНИЕ
39.19 Тяжелый круглый цилиндр A массы m обмотан посредине тонкой нитью, конец которой B закреплен неподвижно. Цилиндр падает без начальной скорости, разматывая нить. Определить скорость оси цилиндра, после того как эта ось опустится на высоту h, и найти натяжение T нити.
РЕШЕНИЕ
39.20 Две гибкие нити обмотаны вокруг однородного круглого цилиндра массы M и радиуса r так, что завитки их расположены симметрично относительно средней плоскости, параллельной основаниям. Цилиндр помещен на наклонной плоскости AB так, что его образующие перпендикулярны линии наибольшего ската, а концы C нитей закреплены симметрично относительно вышеуказанной средней плоскости на расстоянии 2r от плоскости AB. Цилиндр начинает двигаться без начальной скорости под действием силы тяжести, преодолевая трение о наклонную плоскость, причем коэффициент трения равен f. Определить путь s, пройденный центром масс цилиндра за время t, и натяжение T нитей, предполагая, что в течение рассматриваемого промежутка времени ни одна из нитей не сматывается до конца.
РЕШЕНИЕ
39.21 Два цилиндрических вала массы M1 и M2 скатываются по двум наклонным плоскостям, образующим соответственно углы α и β с горизонтом. Валы соединены нерастяжимой нитью, концы которой намотаны на валы и к ним прикреплены. Определить натяжение нити и ее ускорение при движении по наклонным плоскостям. Валы считать однородными круглыми цилиндрами. Массой нити пренебречь.
РЕШЕНИЕ
39.22 Определить период малых колебаний однородного полукруглого диска радиуса R, находящегося на негладкой горизонтальной плоскости, по которой он может катиться без скольжения.
РЕШЕНИЕ
РЕШЕНИЕ
39.2 Диск падает в вертикальной плоскости под действием силы тяжести. В начальный момент диску была сообщена угловая скорость ω0, а его центр масс C, находившийся в начале координат, имел горизонтально направленную скорость v0. Найти уравнения движения диска. Оси x, y изображены на рисунке. Силами сопротивления пренебречь.
РЕШЕНИЕ
39.3 Решить предыдущую задачу, считая, что момент mC сопротивления движению относительно подвижной горизонтальной оси, проходящей через центр масс C диска перпендикулярно плоскости движения его, пропорционален первой степени угловой скорости диска φ , причем коэффициент пропорциональности равен β. Момент инерции диска относительно этой оси равен JC.
РЕШЕНИЕ
39.4 Ведущее колесо автомашины радиуса r и массы M движется горизонтально и прямолинейно. К колесу приложен вращающий момент m. Радиус инерции колеса относительно оси, проходящей через центр масс перпендикулярно его плоскости, равен ρ. Коэффициент трения скольжения колеса о землю равен f. Какому условию должен удовлетворять вращающий момент для того, чтобы колесо катилось без скольжения? Сопротивлением качения пренебречь.
РЕШЕНИЕ
39.5 Решить предыдущую задачу с учетом трения качения, если коэффициент трения качения равен fк.
РЕШЕНИЕ
39.6 Ось ведомого колеса автомашины движется горизонтально и прямолинейно. К оси колеса приложена горизонтально направленная движущая сила F. Радиус инерции колеса относительно оси, проходящей через центр масс перпендикулярно его плоскости, равен ρ. Коэффициент трения скольжения колеса о землю равен f. Радиус колеса равен r, масса колеса равна M. Какому условию должна удовлетворять величина силы F для того, чтобы колесо катилось без скольжения? Сопротивлением качения пренебречь.
РЕШЕНИЕ
39.7 Решить предыдущую задачу с учетом трения качения, если коэффициент трения качения равен fк.
РЕШЕНИЕ
39.8 Автомобильный прицеп движется замедленно с ускорением w0 до остановки. При этом тормоз в одном из его колес не включается. Давление колеса на дорогу равно N. Коэффициент трения колеса с дорогой равен f. Дано: r — радиус колеса, m — его масса, ρ — радиус инерции. Определить силу горизонтального давления S колеса на его ось.
РЕШЕНИЕ
39.9 Колесо радиуса r катится по прямолинейному горизонтальному рельсу под действием приложенного вращающего момента mвр=(5/2)fMgr, где f —коэффициент трения скольжения, M — масса колеса. Определить скорость точки колеса, соприкасающейся с рельсом (скорость проскальзывания). Масса колеса равномерно распределена по его ободу. Трением качения пренебречь. В начальный момент колесо находилось в покое
РЕШЕНИЕ
39.10 Решить предыдущую задачу с учетом трения качения, если коэффициент трения качения fк=1/4 fr.
РЕШЕНИЕ
39.11 Однородный цилиндр с горизонтальной осью скатывается под действием силы тяжести по наклонной шероховатой плоскости с коэффициентом трения f. Определить угол наклона плоскости к горизонту и ускорение оси цилиндра, предполагая, что при движении цилиндра скольжение отсутствует. Сопротивлением качения пренебречь.
РЕШЕНИЕ
39.12 Однородный сплошной круглый диск катится без скольжения по наклонной плоскости, расположенной под углом α к горизонту. Ось диска образует угол β с линией наибольшего ската. Определить ускорение центра масс диска, считая, что его качение происходит в одной вертикальной плоскости.
РЕШЕНИЕ
39.13 Однородный цилиндр с горизонтальной осью скатывается под действием силы тяжести со скольжением по наклонной плоскости при коэффициенте трения скольжения f. Определить угол наклона плоскости к горизонту и ускорение оси цилиндра.
РЕШЕНИЕ
39.14 Однородное колесо радиуса r скатывается без скольжения по наклонной плоскости, образующей угол α с горизонтом. При каком значении коэффициента трения качения fк центр масс колеса будет двигаться равномерно, а колесо при этом будет равномерно вращаться вокруг оси, проходящей через центр масс перпендикулярно его плоскости?
РЕШЕНИЕ
39.15 На барабан однородного катка массы M и радиуса r, лежащего на горизонтальном шероховатом полу, намотана нить, к которой приложена сила T под углом α к горизонту. Радиус барабана a, радиус инерции катка ρ. Определить закон движения оси катка O. В начальный момент каток находился в покое, затем катился без скольжения.
РЕШЕНИЕ
39.16 Однородный стержень AB массы M горизонтально подвешен к потолку посредством двух вертикальных нитей, прикрепленных к концам стержня. Найти натяжение одной из нитей в момент обрыва другой. Указание. Составить дифференциальные уравнения движения стержня для весьма малого промежутка времени, следующего за моментом обрыва нити, пренебрегая изменением направления стержня и изменением расстояния центра масс стержня от другой нити.
РЕШЕНИЕ
39.17 Однородный стержень AB массы M подвешен в точке O на двух нитях равной с ним длины. Определить натяжение одной из нитей в момент обрыва другой. (См. указание к задаче 39.16.)
РЕШЕНИЕ
39.18 Однородный тонкий стержень длины 2l и массы M лежит на двух опорах A и B; центр масс C стержня находится на одинаковых расстояниях от опор, причем CA=CB=a; давление на каждую опору равно 1/2 P. Как изменится давление на опору A в тот момент, когда опора B будет мгновенно удалена? (См. указание к задаче 39.16.)
РЕШЕНИЕ
39.19 Тяжелый круглый цилиндр A массы m обмотан посредине тонкой нитью, конец которой B закреплен неподвижно. Цилиндр падает без начальной скорости, разматывая нить. Определить скорость оси цилиндра, после того как эта ось опустится на высоту h, и найти натяжение T нити.
РЕШЕНИЕ
39.20 Две гибкие нити обмотаны вокруг однородного круглого цилиндра массы M и радиуса r так, что завитки их расположены симметрично относительно средней плоскости, параллельной основаниям. Цилиндр помещен на наклонной плоскости AB так, что его образующие перпендикулярны линии наибольшего ската, а концы C нитей закреплены симметрично относительно вышеуказанной средней плоскости на расстоянии 2r от плоскости AB. Цилиндр начинает двигаться без начальной скорости под действием силы тяжести, преодолевая трение о наклонную плоскость, причем коэффициент трения равен f. Определить путь s, пройденный центром масс цилиндра за время t, и натяжение T нитей, предполагая, что в течение рассматриваемого промежутка времени ни одна из нитей не сматывается до конца.
РЕШЕНИЕ
39.21 Два цилиндрических вала массы M1 и M2 скатываются по двум наклонным плоскостям, образующим соответственно углы α и β с горизонтом. Валы соединены нерастяжимой нитью, концы которой намотаны на валы и к ним прикреплены. Определить натяжение нити и ее ускорение при движении по наклонным плоскостям. Валы считать однородными круглыми цилиндрами. Массой нити пренебречь.
РЕШЕНИЕ
39.22 Определить период малых колебаний однородного полукруглого диска радиуса R, находящегося на негладкой горизонтальной плоскости, по которой он может катиться без скольжения.
РЕШЕНИЕ