Шнур в виде замкнутой окружности вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через ее центр, с угловой скорость . Масса шнура m, длина шнура l0, коэффициент жесткости k. Найти силу натяжения шнура.
Шнур в виде замкнутой окружности вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через ее центр, с угловой скорость . Масса шнура m, длина шнура l0, коэффициент жесткости k. Найти силу натяжения шнура.
Ответ(ы) на вопрос:
Рассмотрим элемент шнура, заключенный в центральном угле Δα. Слева и справа на него действуют силы натяжения, и угол между их направлениями π-Δα. Сложим их векторно, их сумма будет
[latex]F = 2T\sin(\Delta\alpha/2)\approx T\Delta\alpha[/latex]
Эта сила придает центростремительное ускорение элементику шнура. Его масса равна
Δm = m*Δα/2π
Запишем второй закон Ньютона
[latex]\Delta m \cdot\omega^2R = T\Delta\alpha\\ \frac{m\omega^2R}{2\pi} = T[/latex]
С другой стороны по закону Гука T = k(L-L0) = k(2πR-L0) поэтому
[latex]\frac{m\omega^2R}{2\pi} = k(2\pi R-l_0)\\ R(2\pi k - \frac{m\omega^2}{2\pi}) = kl_0\\\\ R = kl_0(2\pi k - \frac{m\omega^2}{2\pi})^{-1} = \frac{l_0}{2\pi}(1-\frac{m\omega^2}{4\pi^2k})^{-1}[/latex]
Мы нашли радиус вращающегося кольца. Отметим что при нулевой угловой скорости радиус совпадает с радиусом нерастянутого кольца (длина окружности делить на два пи), и устойчивое вращение возможно только при не слишком больших угловых скоростях. Силу натяжения найти теперь легко
[latex]T = k(2\pi R-l_0) = k(l_0(1-\frac{m\omega^2}{4\pi^2k})^{-1}-l_0) = \\\\ = kl_0[(1-\frac{m\omega^2}{4\pi^2k})^{-1}-1][/latex]
Не нашли ответ?
Похожие вопросы