Под каким наибольшим углом к вертикали может стоять лестница, прислоненная к гладкой вертикальной стене, если коэффициент трения лестницы о пол 0,5? Центр тяжести лестницы находится в ее середине.
от

1 Ответ

Дано: μ = 0,5

Найти: α - наибольший угол между лестницей и вертикалью

Решение:

Для равновесия лестницы сумма моментов сил относительно точки опоры о пол должна быть равна нулю:

N * L - F * h = 0

где N - сила нормального давления со стороны пола, F - сила трения, L - длина лестницы, h - высота лестницы.

Поскольку центр тяжести лестницы находится в ее середине, h = L/2.

Из условия равновесия находим:

N = F * 2

Максимальная сила трения определяется коэффициентом трения и силой нормального давления:

F ≤ μ * N

Подставляя первое уравнение во второе, получаем:

F ≤ μ * 2 * F F ≤ 2 * μ * F

Отсюда следует, что F = 0 или F = 2 * μ * F.

При F = 0 лестница будет скользить. Следовательно, должно выполняться F = 2 * μ * F, что означает:

F = 2 * μ * F F = μ * F / 2

Теперь рассмотрим силы, действующие на лестницу по оси Y:

N - mg = 0 N = mg

Подставляя N в первое уравнение равновесия, получаем:

mg * L - F * L/2 = 0 mg = F * 2

Подставляя F из предыдущего уравнения, получаем:

mg = (μ * F / 2) * 2 mg = μ * F

Наконец, находим тангенс угла α между лестницей и вертикалью:

tan α = h/d = (L/2) / (μ * mg / mg) tan α = 1 / (2 * μ) α = arctan(1 / (2 * μ)) = arctan(1 / (2 * 0,5)) = 45°

Ответ: 45°
от