Zadanie Zadanie 6.3.8: Graniczny kąt nachylenia pochylni dla stabilności walca
- Punkty
- 4 pkt
- Dział
- Bryła sztywna · Środek ciężkości i energia potencjalna bryły sztywnej
- Trudność
- Poziom trudności: trudne
Jednorodny walec o średnicy podstawy (promieniu ) i wysokości transportowany jest na regulowanej pochylni o kącie nachylenia do poziomu. Współczynnik tarcia statycznego między podstawą walca a powierzchnią pochylni jest na tyle duży, że walec nie ślizga się po równi.
a) Wyznacz i uzasadnij warunek geometryczny stabilności walca na pochylni (przejście pionowej linii działania siły ciężkości przez powierzchnię podstawy).
b) Wyprowadź wzór na maksymalny kąt nachylenia pochylni , przy którym walec nie ulegnie wywróceniu, i oblicz jego wartość.
Treść zadania
Jednorodny walec (np. bęben transportowy) o średnicy podstawy (promieniu ) i wysokości spoczywa na regulowanej pochylni o kącie nachylenia do poziomu.
Współczynnik tarcia statycznego między podstawą walca a powierzchnią pochylni jest na tyle duży, że wyklucza zjawisko poślizgu.
**Polecenia:**
a) Sformułuj i uzasadnij warunek geometryczny stabilności walca na pochylni w odniesieniu do położenia pionowej linii działania siły ciężkości względem powierzchni podstawy.
b) Wyprowadź zależność na maksymalny kąt nachylenia pochylni , przy którym walec nie ulegnie wywróceniu, i oblicz jego wartość liczbową.
Odpowiedź i wynik końcowy
a) Warunek stabilności: Walec zachowuje stabilną równowagę, dopóki pionowa linia działania siły ciężkości poprowadzona ze środka masy przecina powierzchnię podparcia (podstawę walca). W chwili granicznej linia ta przechodzi dokładnie przez dolną krawędź podstawy .
b) Wzór na maksymalny (graniczny) kąt nachylenia pochylni:
Wartość liczbowa:
Dla walec ulegnie samoczynnemu wywróceniu wokół krawędzi .
a: Warunek stabilności: Walec zachowuje stabilną równowagę, dopóki pionowa linia działania siły ciężkości poprowadzona ze środka masy przecina powierzchnię podparcia (podstawę walca). W chwili granicznej linia ta przechodzi dokładnie przez dolną krawędź podstawy .
b: Wzór na maksymalny (graniczny) kąt nachylenia pochylni:
Wartość liczbowa:
Dla walec ulegnie samoczynnemu wywróceniu wokół krawędzi .