Zadanie Zadanie 6.2.4: Analiza momentu siły i kierunku toczenia bębna

Punkty
5 pkt
Dział
Bryła sztywna · Moment siły. I zasada dynamiki dla ruchu obrotowego
Trudność
Poziom trudności: łatwe
Ciężki walec kablowy o promieniu zewnętrznym R0R_0 i promieniu wewnętrznego rdzenia r0r_0 (r0<R0r_0 < R_0) spoczywa na poziomej, chropowatej powierzchni. Na wewnętrzny rdzeń nawinięto nierozciągliwą linkę, na którą działa stała siła naciągu o wartości F0F_0. Tarcie statyczne między wieńcami walca a podłożem jest wystarczająco duże, aby ruch odbywał się bez poślizgu. Rozważ trzy warianty przyłożenia siły naciągu linki: a) Linka odchodzi z najwyższego punktu rdzenia i jest ciągnięta poziomo w prawo. b) Linka odchodzi z najniższego punktu rdzenia i jest ciągnięta poziomo w prawo. c) Linka odchodzi stycznie z prawej strony rdzenia i jest ciągnięta pionowo w górę. Dla każdego z wariantów wyznacz moment siły względem chwilowej osi obrotu przechodzącej przez punkt styku z podłożem SS oraz określ kierunek toczenia walca.

Odpowiedź i wynik końcowy

Wartości momentów sił względem chwilowej osi obrotu (punkt styku SS) oraz kierunki toczenia bębna: 1. **Wariant a)** (ciągnięcie poziomo w prawo z góry rdzenia): - Wartość momentu: Ma=F0(R0+r0)M_a = F_0(R_0 + r_0) - Kierunek i zwrot wektora: prostopadły do płaszczyzny rysunku, zwrócony za płaszczyznę (⊗\otimes, zgodnie z ruchem wskazówek zegara). - Ruch walca: **toczy się w prawo**. 2. **Wariant b)** (ciągnięcie poziomo w prawo z dołu rdzenia): - Wartość momentu: Mb=F0(R0−r0)M_b = F_0(R_0 - r_0) - Kierunek i zwrot wektora: prostopadły do płaszczyzny rysunku, zwrócony za płaszczyznę (⊗\otimes, zgodnie z ruchem wskazówek zegara). - Ruch walca: **toczy się w prawo**. 3. **Wariant c)** (ciągnięcie pionowo w górę z prawej strony rdzenia): - Wartość momentu: Mc=F0⋅r0M_c = F_0 \cdot r_0 - Kierunek i zwrot wektora: prostopadły do płaszczyzny rysunku, zwrócony przed płaszczyznę (⊙\odot, przeciwnie do ruchu wskazówek zegara). - Ruch walca: **toczy się w lewo**. 1: **Wariant a)** (ciągnięcie poziomo w prawo z góry rdzenia): - Wartość momentu: Ma=F0(R0+r0)M_a = F_0(R_0 + r_0) - Kierunek i zwrot wektora: prostopadły do płaszczyzny rysunku, zwrócony za płaszczyznę (⊗\otimes, zgodnie z ruchem wskazówek zegara). - Ruch walca: **toczy się w prawo**. 2: **Wariant b)** (ciągnięcie poziomo w prawo z dołu rdzenia): - Wartość momentu: Mb=F0(R0−r0)M_b = F_0(R_0 - r_0) - Kierunek i zwrot wektora: prostopadły do płaszczyzny rysunku, zwrócony za płaszczyznę (⊗\otimes, zgodnie z ruchem wskazówek zegara). - Ruch walca: **toczy się w prawo**. 3: **Wariant c)** (ciągnięcie pionowo w górę z prawej strony rdzenia): - Wartość momentu: Mc=F0⋅r0M_c = F_0 \cdot r_0 - Kierunek i zwrot wektora: prostopadły do płaszczyzny rysunku, zwrócony przed płaszczyznę (⊙\odot, przeciwnie do ruchu wskazówek zegara). - Ruch walca: **toczy się w lewo**.
Ilustracja do zadaniaTrzy osobne panele pokazują alternatywne miejsca wyjścia linki z wewnętrznego rdzenia walca: górą, dołem i stycznie z prawej. We wszystkich panelach promienie mają wspólną skalę; strzałki F_0 oraz kierunek toczenia odpowiadają każdemu wariantowi.Wariant a)Wariant b)Wariant c)SSSToczenie →Toczenie →Toczenie ←Ma=F0(R0+r0) Mb=F0(R0-r0) Mc=F0r0F₀F₀F₀