Расчётная задача по механике (один раздел курса) · 73 задания
- Задание №22№22
Небольшой камень, брошенный с ровной горизонтальной поверхности Земли под углом 60° к горизонту, достиг максимальной высоты, равной 5 м. Сколько време…
Свободное падение
- Задание №22№22
Плоская льдина плавает в воде, выступая над её поверхностью на высоту h = 0,02 м. Определите массу льдины, если её площадь S = 2500 см². Плотность л…
Закон Архимеда. Условие плавания тел
- Задание №22№22
Определите время прохождения поездом последнего километра пути перед остановкой, если изменение его скорости на этом пути составило 10 м/с. Ускорение…
Равноускоренное прямолинейное движение
- Задание №22№22
Деревянная линейка длиной l = 90 см выдвинута за край стола на 1/4 часть своей длины. При этом она не опрокидывается, если на её правом конце лежит гр…
Условия равновесия твёрдого тела в ИСО
- Задание №22№22
Автомобиль массой 2500 кг двигался по дороге. Eгo положение на дороге изменялось согласно графику зависимости координаты х от времени t (см. рис.). Оп…
Кинетическая энергия материальной точки
- Задание №22№22
В процессе прямолинейного равноускоренного движения тело за 2 с прошло 20 м, увеличив свою скорость в 3 раза. Чему была равна начальная скорость тела?
Равноускоренное прямолинейное движение
- Задание №22№22
Два груза, связанных нерастяжимой и невесомой нитью, движутся по гладкой горизонтальной поверхности под действием горизонтальной силы F, приложенной к…
Второй закон Ньютона: для материальной точки в ИСО
- Задание №22№22
Два груза, связанных нерастяжимой и невесомой нитью, движутся по гладкой горизонтальной поверхности под действием горизонтальной силы F, приложенной к…
Второй закон Ньютона: для материальной точки в ИСО
- Задание №22№22
Последний километр пути перед остановкой поезд преодолел за 250 с. Какова была скорость поезда в начале торможения? Ускорение поезда считать постоянны…
Равноускоренное прямолинейное движение
- Задание №22№22
Груз подвешен на пружине жёсткостью 100 Н/м к потолку лифта. Лифт равноускоренно опускается вниз на расстояние 5 м в течение 2 с. Какова масса груза,…
Второй закон Ньютона: для материальной точки в ИСО
- Задание №22№22
Тележка массой 50 кг движется со скоростью 1 м/с по гладкой горизонтальной дороге. Каким станет модуль скорости тележки, если мальчик массой 50 кг дог…
Закон изменения и сохранения импульса. Реактивное движение
- Задание №22№22
Груз массой 0,4 кг подвешен на пружине жёсткостью 100 Н/м к потолку лифта. Лифт равноускоренно поднимается вверх на расстояние 5 м в течение 2 с. Како…
Второй закон Ньютона: для материальной точки в ИСО
Невесомый стержень длиной 3 м, находящийся в ящике с гладкими дном и стенками, составляет с вертикалью угол α=45∘ (см. рис.). К стержню на расстоянии 1 м от левого его конца подвешен на нити шар массой 3 кг. Каков модуль силы нормальной реакции N→ правой стенки ящика, действующей на нижний конец стержня?

Решение
Решение:
Обозначения. L=3 м — длина стержня, A — его верхний (левый) конец, упирающийся в левую стенку, B — нижний (правый) конец, лежащий в углу ящика, C — точка подвеса шара, d=1 м — расстояние AC от левого конца стержня, m=3 кг — масса шара, α=45∘ — угол стержня с вертикалью, g=10 м/с2 — ускорение свободного падения. Через N обозначим модуль силы нормальной реакции правой стенки, действующей на нижний конец стержня, через N1 — модуль силы нормальной реакции левой стенки, действующей на верхний конец, через N2 — модуль силы нормальной реакции дна.
Силы, действующие на стержень. Стержень невесом и покоится. Стенки и дно гладкие, поэтому их реакции перпендикулярны соответствующим поверхностям:
- в точке A — сила N1 со стороны левой стенки, направленная горизонтально вправо;
- в точке B — сила N со стороны правой стенки, направленная горизонтально влево, и сила N2 со стороны дна, направленная вертикально вверх;
- в точке C — сила натяжения нити, направленная вертикально вниз; шар висит на нити в покое, поэтому по второму закону Ньютона для шара натяжение нити равно mg, и по третьему закону Ньютона нить тянет стержень вниз с такой же по модулю силой mg.
Условия равновесия. Для покоящегося твёрдого тела векторная сумма всех приложенных сил равна нулю и алгебраическая сумма моментов всех сил относительно любой оси равна нулю.
Проекция условия равновесия сил на горизонтальную ось: N1−N=0, то есть N=N1.
Правило моментов относительно нижнего конца B. Моменты сил N и N2 относительно этой оси равны нулю, так как их плечи равны нулю. Плечо горизонтальной силы N1 равно вертикальному расстоянию от B до A, то есть Lcosα. Плечо вертикальной силы mg равно горизонтальному расстоянию от B до C, то есть (L−d)sinα. Эти моменты противоположны по знаку, поэтому
N1Lcosα=mg(L−d)sinα.
Отсюда
N=N1=Lcosαmg(L−d)sinα=Lmg(L−d)tgα.
Расчёт. N=3 м3 кг⋅10 м/с2⋅(3−1) м⋅tg45∘=330⋅2 Н=20 Н.
Проверка. Из условия равновесия в проекции на вертикаль N2=mg=30 Н. Полученное значение N<mg разумно: чем ближе точка подвеса к верхнему концу, тем меньше плечо силы тяжести шара относительно B и тем меньше распорная сила; при d→L (шар на нижнем конце) получилось бы N=0.
Ответ: N=20 Н.