Zadanie Zadanie 6.3.5: Przechylanie jednorodnej skrzyni i praca zewnętrzna
- Punkty
- 5 pkt
- Dział
- Bryła sztywna · Środek ciężkości i energia potencjalna bryły sztywnej
- Trudność
- Poziom trudności: średnie
Jednorodna sześcienna skrzynia ładunkowa o krawędzi i masie spoczywa na poziomej podłodze. Przechylamy skrzynię powoli siłą zewnętrzną wokół jednej z jej dolnych krawędzi.
a) Zidentyfikuj stany równowagi skrzyni w trzech położeniach:
1) w położeniu spoczynku (podstawa płasko na podłodze),
2) w położeniu przechyłu o kąt , w którym przekątna przekroju pionowego przechodząca przez oś obrotu ustawiona jest pionowo (środek masy znajduje się dokładnie nad krawędzią podparcia),
3) po przewróceniu na sąsiednią ścianę boczną.
b) Wyznacz graniczny kąt nachylenia podstawy skrzyni do podłoża , po przekroczeniu którego skrzynia przewróci się samoczynnie na sąsiednią ścianę bez udziału siły zewnętrznej.
c) Oblicz minimalną pracę siły zewnętrznej , którą należy wykonać, aby powoli doprowadzić skrzynię z położenia początkowego (1) do stanu równowagi chwiejnej (2). Przyjmij przyspieszenie ziemskie .
Odpowiedź i wynik końcowy
a) Położenia 1 i 3 to stany równowagi trwałej (minimum energii potencjalnej na podstawie). Położenie 2 (przechył o ) to stan równowagi chwiejnej (maksimum energii potencjalnej, środek masy pionowo nad krawędzią).
b) Kąt graniczny wynosi . Skrzynia nie przewraca się samoczynnie dla kątów .
c) Praca siły zewnętrznej wynosi (dla ; dla wynosi ).
a: Położenia 1 i 3 to stany równowagi trwałej (minimum energii potencjalnej na podstawie). Położenie 2 (przechył o ) to stan równowagi chwiejnej (maksimum energii potencjalnej, środek masy pionowo nad krawędzią).
b: Kąt graniczny wynosi . Skrzynia nie przewraca się samoczynnie dla kątów .
c: Praca siły zewnętrznej wynosi (dla ; dla wynosi ).