Присоединиться

11 класс·высокий уровень

Чему равна масса M стержня?

Условие

Рисунок к задаче

К двум прикреплённым к потолку лёгким пружинам одинаковой длины подвесили однородный стержень длиной L=80см,L = 80см, прицепив его к пружинам за концы. Если к этому стержню подвесить на лёгкой нити груз массой m=6кгm = 6кг на расстоянии d=10смd = 10см от левой пружины, то стержень будет расположен горизонтально, оси пружин будут вертикальными, а растяжения обеих пружин окажутся одинаковыми (см. рис.). Жёсткость правой пружины в 3 раза меньше, чем левой. Чему равна масса M стержня? Сделайте схематический рисунок с указанием сил, действующих на стержень и груз.

Обоснуйте применимость законов, использованных для решения задачи.

Ответ

Ответ и полный разбор откроются после входа

Посмотреть ответ

Решение по шагам

  1. Как рассуждать

    Решение. Обоснование1. Выберем систему отсчёта, связанную с Землёй, и будем считать её инерциальной (ИС О). Относительно этой ИСО справедлив второй закон Ньютона и можно применять условия равновесия абсолютно твёрдого тела.2. Будем считать стержень абсолютно твёрдым телом.3. Поскольку стержень однородный, действующая на него сила тяжести приложена к середине стержня (точка O).4. Нить лёгкая, поэтому величина силы натяжения нити в любой её точке одинаковая.5. Для груза используем модель материальной точки.6. Будем считать, что пружины подчиняются закону Гука. Поскольку пружины лёгкие, до подвешивания стержня их можно считать нерастянутыми. [рисунок] Решение1. По закону Гука модуль силы упругости пружины равен F=kΔlF = k\Delta l Так как растяжения пружин одинаковы, то F1F2=k1k2=3,\frac{F_1}{F_2} = \frac{k_1}{k_2} = 3, где F1F_1 и F2F_2 — модули сил упругости левой и правой пружин соответственно (см. рисунок).2. Применим для стержня условие равновесия абсолютно твёрдого тела. В состоянии механического равновесия должно соблюдаться равенство нулю суммы всех действующих на стержень внешних сил, а также равенство нулю суммы моментов этих сил (относительно любой неподвижной оси вращения).Кроме сил упругости F⃗1\vec{F}_1 и F⃗2\vec{F}_2 на стержень действуют сила тяжести M\vecgM\vecg и сила T⃗1\vec{T}_1 натяжения нити, на которой подвешен груз. Тогда условия равновесия стержня имеют вид: F1+F2=Mg+T1F_1 + F_2=Mg + T_1 F1L2=F2L2+T1(L2−d)F_1 \frac{L}{2} =F_2 \frac{L}{2} + T_1 ( \frac{L}{2} - d ) Второе уравнение — это уравнение моментов сил, записанное относительно оси О, проходящей через центр масс стержня перпендикулярно плоскости рисунка.3. В соответствии со вторым законом Ньютона, условие равновесия груза имеет вид: T2=mgT_2 = mg Из невесомости нити, следует, что Т1=Т2Т_1 = Т_2

Осталось ещё 1 шаг

  1. Объединяя записанные уравнения, получаем…

Получить полное решение

Бесплатно · займёт минуту

Другие задачи по теме «Механика (расчетная задача высокого уровня с обоснованием)»

Чему равна масса M стержня? — решение с объяснением | Lom Ai