Feladat: 394. fizika feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Belső László 
Füzet: 1964/április, 188 - 189. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Gördülés vízszintes felületen, Feladat, Merev test síkmozgása, Csúszó súrlódás
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1963/október: 394. fizika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Kezdjük el a meggondolást a nagy gyorsulások felől kiindulva. A golyó érintkezési pontjában maximálisan μmg súrlódási erő jöhet létre (számadataink mellett 200 din, g=1000cm/sec2-et véve). Ennek hatására a golyó középpontja a0=μmg:m=μg gyorsulással haladó mozgást végez (2cm/sec2), de forog is, forgás szöggyorsulása β0=forgatónyomaték/tehetetlenségi nyomaték alapján β0=μmgr/I, és a golyó kerületi pontjának gyorsulása β0r=μmgr2/I (adataink szerint I=160g cm2 és β0r=5cm/sec2). Határesetben sima legördülés történik, tehát β0r=A0-a0, így a hasáb gyorsulása A0=a0+β0r (adataink mellett A0=7cm/sec2). Ezek az értékek jelentik a csúszás és a sima legördülés határesetét.
Ha a hasáb (megfelelő erővel kívülről létrehozott) gyorsulása nagyobb, mint A0=μg+μmgr2/I, akkor ez semmit sem változtat a golyó előbb megtárgyalt mozgásállapotán (a0=μg=2cm/sec2, β0r=5cm/sec2 és β0=2,5sec-2), mert súrlódás révén μmg-nél nagyobb erőt nem tudunk átadni az érintkezési pontban. Mivel a hasáb és golyó gyorsulásának A-a0 különbsége nagyobb, mint a golyó kerületi pontjainak β0r gyorsulása, ezért ilyenkor megcsúszás következik be.
Ha a hasáb gyorsulása kisebb, mint A0=μg+μmgr2/I, akkor a golyó csúszás nélkül gördül a hasábon. Ilyenkor a haladó mozgások gyorsulásainak különbsége: A-a=βr. Az itt szereplő (β0-nál kisebb) szöggyorsulásra érvényes, hogy β=mar/I. Ugyanis a golyó középpontjában fellépő ma továbbvivő erő egyenlő a most támadó (μmg-nél kisebb), a kerület mentén fellépő súrlódási erővel, és ennek forgatónyomatéka mar. Ezzel felírva a sima legördülés feltételét:

A-a=mar2I.
Innen a golyó gyorsulása mint a hasáb gyorsulásának függvénye:
a=A1+mr2/I.
Tehát amikor A értéke 0 és A0 között van, a golyó a gyorsulása A-val egyenes arányban növekszik. Számadataink mellett a=2A/7. A fenti mennyiségek egymástól való függése az ábrán látható.
 
 

 
 Belső László (Bp., Hengersor u. g. IV. o. t.)