Zadanie Zadanie 6.1.14: Doświadczenie: zsuwanie palców podpierających rurę lub pręt
- Punkty
- 3 pkt
- Dział
- Bryła sztywna · Ruch postępowy i obrotowy bryły sztywnej. Środek masy
- Trudność
- Poziom trudności: łatwe
Wykonujesz doświadczenie fizyczne: kładziesz na wyprostowanych palcach wskazujących obu dłoni poziomy walec (lub rurę), podpierając go w dwóch dowolnych, niesymetrycznych punktach. Następnie powoli zsuwasz palce ku sobie, pilnując, aby walec stale spoczywał w równowadze. Przedstaw analizę teoretyczną tego zjawiska uwzględniającą warunek równowagi momentów sił oraz tarcie statyczne i kinetyczne.
Treść zadania
Połóż poziomo rurę lub pręt na wyprostowanych palcach wskazujących obu dłoni, wybierając dwa różne, niesymetrycznie położone punkty podparcia. Powoli przesuwaj palce ku sobie, nie dopuszczając do upadku przedmiotu.
1. Określ, gdzie palce spotkają się ostatecznie, oraz czy ich początkowy rozstaw wpływa na to miejsce.
2. Objaśnij przebieg doświadczenia, uwzględniając siły nacisku, równowagę momentów oraz tarcie statyczne i kinetyczne.
3. Rozważ rurę teleskopową: jak zmieni się położenie miejsca spotkania palców po zmianie jej długości?
Odpowiedź i wynik końcowy
1. Palce zawsze spotykają się dokładnie pod środkiem masy podpieranej rury. Położenie tego punktu końcowego nie zależy od początkowego rozstawienia ani niesymetrii palców.
2. Mechanizm wynika z samoregulacji sił tarcia: palec znajdujący się dalej od środka masy przenosi mniejszą siłę nacisku (), więc działa na niego mniejsza siła tarcia statycznego () i to on najpierw ulega poślizgowi kinetycznemu (). W miarę zbliżania się do środka masy nacisk na ten palec rośnie, co powoduje zablokowanie jego poślizgu i zainicjowanie poślizgu drugiego palca.
3. W przypadku rury teleskopowej zmiana długości (wysunięcie lub wsunięcie segmentów) zmienia rozkład masy i położenie środka masy rury. Palce spotkają się w nowo powstałym środku masy układu.
1: Palce zawsze spotykają się dokładnie pod środkiem masy podpieranej rury. Położenie tego punktu końcowego nie zależy od początkowego rozstawienia ani niesymetrii palców.
2: Mechanizm wynika z samoregulacji sił tarcia: palec znajdujący się dalej od środka masy przenosi mniejszą siłę nacisku (), więc działa na niego mniejsza siła tarcia statycznego () i to on najpierw ulega poślizgowi kinetycznemu (). W miarę zbliżania się do środka masy nacisk na ten palec rośnie, co powoduje zablokowanie jego poślizgu i zainicjowanie poślizgu drugiego palca.
3: W przypadku rury teleskopowej zmiana długości (wysunięcie lub wsunięcie segmentów) zmienia rozkład masy i położenie środka masy rury. Palce spotkają się w nowo powstałym środku masy układu.