Металлический стержень, согнутый под углом ф = 45°, вращается с угловой скоростью 6 рад/с вокруг вертикальной оси (рис. 70). К концу стержня прикреплен груз массой 0,1 кг на расстоянии I = 0,1 м от точки О. Определите силу, с которой стержень действует на груз.
от

1 Ответ

Дано:
- Угол ф = 45°
- Угловая скорость ω = 6 рад/с
- Масса груза m = 0.1 кг
- Расстояние от точки O до груза l = 0.1 м
- Ускорение свободного падения g ≈ 9.81 м/с²

Найти: силу, с которой стержень действует на груз F.

Решение:

На груз действуют две силы: сила тяжести F_g и центростремительная сила F_c. Разобьем эти силы на компоненты.

1. Сила тяжести:

F_g = m * g = 0.1 * 9.81 = 0.981 Н.

2. Центростремительная сила:

Центростремительное ускорение a_c можно выразить через угловую скорость:

a_c = r * ω^2,
где r = l * cos(ф) (горизонтальная проекция расстояния).

Подставим значения:

r = 0.1 * cos(45°) = 0.1 * (√2 / 2) = 0.1 * 0.7071 ≈ 0.07071 м.

Теперь найдем центростремительное ускорение:

a_c = r * ω^2 = 0.07071 * (6^2) = 0.07071 * 36 ≈ 2.5446 м/с².

Центростремительная сила F_c:

F_c = m * a_c = 0.1 * 2.5446 ≈ 0.25446 Н.

Теперь определим результирующую силу, с которой стержень действует на груз. Эта сила будет равна векторной сумме вертикальной и горизонтальной (центростремительной) компонент:

С вертикальной составляющей:

F_vertical = F_g = 0.981 Н.

С горизонтальной составляющей:

F_horizontal = F_c = 0.25446 Н.

Теперь рассчитаем полную силу F, с которой стержень действует на груз:

F = √(F_vertical^2 + F_horizontal^2) = √(0.981^2 + 0.25446^2).

Вычислим:

F = √(0.962361 + 0.064759) = √(1.02712) ≈ 1.0134 Н.

Ответ: Сила, с которой стержень действует на груз, составляет примерно 1.0134 Н.
от