-->
|
|
|
Ãëàâà 3. Ñèëû â ìåõàíèêå § 35. Ïðèìåðû ðåøåíèÿ çàäà÷ ïî òåìå «Ñèëû óïðóãîñòè. Çàêîí Ãóêà»Ïðè ðåøåíèè çàäà÷ ïî ýòîé òåìå íàäî èìåòü â âèäó, ÷òî çàêîí Ãóêà ñïðàâåäëèâ òîëüêî ïðè óïðóãèõ äåôîðìàöèÿõ òåë. Ñèëà óïðóãîñòè íå çàâèñèò îò òîãî, êàêàÿ ïðîèñõîäèò äåôîðìàöèÿ: ñæàòèÿ èëè ðàñòÿæåíèÿ, îíà îäèíàêîâà ïðè îäèíàêîâûõ Δl. Êðîìå ýòîãî, ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî ñèëà óïðóãîñòè âäîëü âñåé ïðóæèíû îäèíàêîâà, òàê êàê ìàññà ïðóæèíû îáû÷íî íå ó÷èòûâàåòñÿ.
Çàäà÷à 1. Ïðè ïîìîùè ïðóæèííîãî äèíàìîìåòðà ïîäíèìàþò ñ óñêîðåíèåì à = 2,5 ì/ñ2, íàïðàâëåííûì ââåðõ, ãðóç ìàññîé m = 2 êã. Îïðåäåëèòå ìîäóëü óäëèíåíèÿ ïðóæèíû äèíàìîìåòðà, åñëè å¸ æ¸ñòêîñòü k = 1000 Í/ì. Ð å ø å í è å. Ñîãëàñíî çàêîíó Ãóêà, âûðàæàþùåìó ñâÿçü ìåæäó ìîäóëåì âíåøíåé ñèëû Äëÿ íàõîæäåíèÿ ñèëû Íàïðàâèì îñü OY âåðòèêàëüíî ââåðõ òàê, ÷òîáû ïðóæèíà áûëà ðàñïîëîæåíà âäîëü ýòîé îñè (ðèñ. 3.16).  ïðîåêöèè íà îñü OY âòîðîé çàêîí Íüþòîíà ìîæíî çàïèñàòü â âèäå màó = Fy + mgy. Òàê êàê àó = a, gy = -g è Fy = F, òî F = mà + mg = m(à + g). Ñëåäîâàòåëüíî,
Çàäà÷à 2. Îïðåäåëèòå, êàê èçìåíÿåòñÿ ñèëà íàòÿæåíèÿ ïðóæèíû, ïðèêðåïë¸ííîé ê áðóñêó ìàññîé m = 5 êã, íàõîäÿùåìóñÿ íåïîäâèæíî íà íàêëîííîé ïîâåðõíîñòè, ïðè èçìåíåíèè óãëà íàêëîíà îò 30° äî 60°. Òðåíèå íå ó÷èòûâàéòå. Ð å ø å í è å. Íà áðóñîê äåéñòâóþò ñèëà òÿæåñòè, ñèëà íàòÿæåíèÿ ïðóæèíû è ñèëà ðåàêöèè îïîðû (ðèñ. 3.17). Óñëîâèå ðàâíîâåñèÿ áðóñêà: m Çàïèøåì ýòî óñëîâèå â ïðîåêöèÿõ íà îñè ÎÕ è OY: Èç ïåðâîãî óðàâíåíèÿ ñèñòåìû ïîëó÷èì Fyïp = mg sinα. Ïðè èçìåíåíèè óãëà íàêëîíà èçìåíåíèå ñèëû óïðóãîñòè íàéä¸ì èç âûðàæåíèÿ ΔFyïp = mg(sinα2 - sinα1) = 5 • 10 • (0,866 - 0,5) (Í) = 18,3 Í.
Çàäà÷à 3. Ê ïîòîëêó ïîäâåøåíû ïîñëåäîâàòåëüíî äâå íåâåñîìûå ïðóæèíû æ¸ñòêîñòÿìè 60 Í/ì è 40 Í/ì. Ê íèæíåìó êîíöó âòîðîé ïðóæèíû ïðèêðåïë¸í ãðóç ìàññîé 0,1 êã. Îïðåäåëèòå æ¸ñòêîñòü âîîáðàæàåìîé ïðóæèíû, óäëèíåíèå êîòîðîé áûëî áû òàêèì æå, êàê è äâóõ ïðóæèí ïðè ïîäâåøèâàíèè ê íåé òàêîãî æå ãðóçà (ýôôåêòèâíóþ æ¸ñòêîñòü). Ð å ø å í è å. Òàê êàê âåñîì ïðóæèí ìîæíî ïðåíåáðå÷ü, òî î÷åâèäíî, ÷òî ñèëû íàòÿæåíèÿ ïðóæèí ðàâíû (ðèñ. 3.18). Òîãäà ñîãëàñíî çàêîíó Ãóêà Fynp1 = Fóïð2; k1x1 = k2õ2. (1) Íà ïîäâåøåííûé ãðóç äåéñòâóþò äâå ñèëû — ñèëà òÿæåñòè è ñèëà íàòÿæåíèÿ âòîðîé ïðóæèíû. Óñëîâèå ðàâíîâåñèÿ ãðóçà çàïèøåì â âèäå mg = k2õ2. Èç ýòîãî óðàâíåíèÿ íàéä¸ì óäëèíåíèå Ïîäñòàâèâ âûðàæåíèå äëÿ õ2 â óðàâíåíèå (1), ïîëó÷èì äëÿ óäëèíåíèÿ Îïðåäåëèì òåïåðü ýôôåêòèâíóþ æ¸ñòêîñòü. Çàïèøåì çàêîí Ãóêà äëÿ âîîáðàæàåìîé ïðóæèíû:
Ïîäñòàâèâ â ôîðìóëó (2) âûðàæåíèÿ äëÿ óäëèíåíèé x1 è õ2 ïðóæèí, ïîëó÷èì Äëÿ ýôôåêòèâíîé æ¸ñòêîñòè ïîëó÷èì âûðàæåíèå
Çàäà÷à 4. ×åðåç áëîê, çàêðåïë¸ííûé ó êðàÿ ñòîëà, ïåðåêèíóòà íåðàñòÿæèìàÿ íèòü, ê êîíöàì êîòîðîé ïðèâÿçàíû áðóñîê ìàññîé m1 = 1 êã, íàõîäÿùèéñÿ íà ãîðèçîíòàëüíîé ïîâåðõíîñòè ñòîëà, è ïðóæèíà æ¸ñòêîñòüþ k = 50 Í/ì, ðàñïîëîæåííàÿ âåðòèêàëüíî. Êî âòîðîìó êîíöó ïðóæèíû ïðèâÿçàíà ãèðÿ ìàññîé m2 = 200 ã (ðèñ. 3.19). Îïðåäåëèòå óäëèíåíèå ïðóæèíû ïðè äâèæåíèè òåë. Ñèëó òðåíèÿ, ìàññû ïðóæèíû, áëîêà è íèòè íå ó÷èòûâàéòå. Ð å ø å í è å. Íà áðóñîê äåéñòâóþò ñèëà òÿæåñòè, ñèëà ðåàêöèè îïîðû è ñèëà íàòÿæåíèÿ íèòè. Íà ãèðþ äåéñòâóþò ñèëà òÿæåñòè è ñèëà íàòÿæåíèÿ ïðóæèíû. Ñîãëàñíî âòîðîìó çàêîíó Íüþòîíà äëÿ áðóñêà è ãèðè çàïèøåì: m1  ïðîåêöèÿõ íà âûáðàííûå îñè êîîðäèíàò çàïèøåì: íà îñü ÎÕ: m1à1 = Ò; íà îñü OY: Òàê êàê íèòü íåðàñòÿæèìà, òî ìîäóëè óñêîðåíèé ðàâíû: à1 = à2 = à.  ñèëó óñëîâèÿ ìàëûõ ìàññ ïðóæèíû, íèòè è áëîêà ìîæíî çàïèñàòü: T2 = Fóïð è Ò1 = Ò2 = Ò. Ó÷òÿ ïîñëåäíèå ðàâåíñòâà, ñèñòåìó óðàâíåíèé (1) çàïèøåì â âèäå
Âûðàçèâ óñêîðåíèå èç ïåðâîãî óðàâíåíèÿ ñèñòåìû è ïîäñòàâèâ åãî âî âòîðîå, ïîëó÷èì Òàê êàê ñîãëàñíî çàêîíó Ãóêà Fóïð = kx, òî Òîãäà óäëèíåíèå ïðóæèíû Çàäà÷è äëÿ ñàìîñòîÿòåëüíîãî ðåøåíèÿ1. Ê äèíàìîìåòðó ïðèâÿçàí ãðóç ìàññîé 2 êã. Äèíàìîìåòð ñ ãðóçîì îïóñêàþò ñ óñêîðåíèåì 3 ì/ñ2. Ƹñòêîñòü ïðóæèíû 103 Í/ì. Îïðåäåëèòå ìîäóëü ðàñòÿæåíèÿ ïðóæèíû äèíàìîìåòðà.
2. Ê áðóñêó ìàññîé 1 êã, íàõîäÿùåìóñÿ íà ãëàäêîé ãîðèçîíòàëüíîé ïîâåðõíîñòè, ïðèêðåïëåíû äâå ïðóæèíû (ðèñ. 3.20). Ƹñòêîñòü ïðàâîé ïðóæèíû 2 • 103 Í/ì, ëåâîé — â 2 ðàçà ìåíüøå. ×åìó ðàâíî îòíîøåíèå óäëèíåíèé ïðóæèí â ñëó÷àå, êîãäà áðóñîê íåïîäâèæåí? 3. ßùèê ìàññîé 100 êã óäåðæèâàåòñÿ íà íàêëîííîé ïëîñêîñòè íà âûñîòå 0,5 ì çàêðåïë¸ííîé ó îñíîâàíèÿ ïðóæèíîé, æ¸ñòêîñòü êîòîðîé ðàâíà 104 Í/ì (ðèñ. 3.21). Îïðåäåëèòå äëèíó ïðóæèíû â íåäåôîðìèðîâàííîì ñîòîÿíèè. Óãîë ó îñíîâàíèÿ íàêëîííîé ïëîñêîñòè ðàâåí 30°. Òðåíèåì ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. 4. Ê íèæíåìó êîíöó ë¸ãêîé ïðóæèíû ïîäâåøåíû ñâÿçàííûå íåâåñîìîé íèòüþ ãðóçû: âåðõíèé ìàññîé m1 = 0,5 êã è íèæíèé ìàññîé m2 = 0,2 êã. Íèòü, ñîåäèíÿþùóþ ãðóçû, ïåðåæèãàþò. Îïðåäåëèòå ïðîåêöèþ óñêîðåíèÿ íà íàïðàâëåííóþ âíèç îñü OY, ñ êîòîðûì íà÷í¸ò äâèãàòüñÿ âåðõíèé ãðóç.
|
|
|