Feladat: 1253. fizika feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Kárpáti Gábor 
Füzet: 1975/október, 92 - 93. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Pontrendszerek mozgásegyenletei, Gördülés vízszintes felületen, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1974/december: 1253. fizika feladat

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

Először tekintsük a súrlódásmentes esetet! A hengerre hat a saját súlya (mg) és az ék által kifejtett N nyomóerő. Mivel a hengerre csak függőleges erők hatnak, a henger gyorsulása függőleges (nagysága af), és nincs szöggyorsulás. Az ékre a saját súlyán kívül hat a henger függőlegesen lefelé irányuló N erővel és a lejtő K kényszererővel, amely a lejtő síkjára merőleges. Az erők együttesen A lejtőirányú gyorsulást hoznak létre (1. ábra).

 

 

1. ábra
 

A henger és az ék mozgását leíró egyenletek:
mg-N=maf,MA=(Mg+N)sinα,K=(N+Mg)cosα.


Mivel a henger a hasábon marad, af=Asinα.
A négy egyenletből
A=M+mM+msin2αgsinα,

 

af=M+mM+msin2αgsin2α.

 


Most vizsgáljuk a súrlódásos esetet! Ekkor az előzőeken kívül fellép a henger és az ék között egy S1, valamint az ék és a lejtő között egy S2 súrlódási erő (2. ábra.).
 

 

2. ábra
 

A henger vízszintes gyorsulása legyen av, a szöggyorsulása pedig β. A henger és az ék mozgását leíró egyenletek:
maf=mg-N,mav=S1,(1/2)mR2β=S1R,MA=(Mg+N)sinα-S1cosα-S2,K=(Mg+N)cosα+S1sinα.


A henger az éken marad, tehát af=Asinα, ha a hasáb a lejtőn csúszik: S2=μK. A továbbiakban két esetet kell megkülönböztetnünk:
I. A henger tisztán gördül (nincs csúszás), ekkor
av+Rβ=Acosα,
és teljesülnie kell az
S1μN(1)
feltételnek.
II. A henger csúszik is, akkor S1=μN, és
av+RβAcosα,

Az I. esetben az egyenletek megoldása:

av=(M+m)(1-μ)6M+2m(2-μ)g;af=A2=3av;β=2avR,


és a (1) feltétel:
M+m3M+m1-μ1+μμ.
A II. esetben a gyorsulások:

av=μ(1+μ)M2M+m[(1-μ)-μ(1+μ)]g;af=A2=gM(1-μ)+m[(1-μ)-μ(1+μ)]2M+m[(1-μ)-μ(1+μ)];β=2avR,



és a feltétel
M+m3M+m1-μ1+μμ.
Ha μtg α=1, a hasáb nem indul meg a lejtőn.
A gyorsulásokból és a mozgás kezdetétől eltelt időből a sebességek kiszámíthatók.
 

 Kárpáti Gábor (Kaposvár, Táncsics M. Gimn., III. o. t.) dolgozata alapján