A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. I. megoldás. Jelöljük a nagyobb henger tömegét -mel, a kisebbét pedig -mel. Abban a pillanatban, amikor a nagyobb henger éppen megemelkedik, az 1. ábrán látható szögre teljesül.
1. ábra
2. ábra A testekre ható erőket a 2. ábrán tüntettük föl. A nagyobb hengerre ható erők egyensúlyi feltétele
továbbá a forgatónyomatékok egyensúlyából A fenti egyenletrendszerből
adódik. A két henger akkor nem csúszik meg egymáson, ha az tapadó súrlódási erő nem haladja meg a felületeket összeszorító erő -szörösét, vagyis ha Amennyiben ez a feltétel a kezdeti ‐ tehát a legnagyobb ‐ szögre teljesül, úgy a lassú, óvatos (lényegében egyensúlyi helyzeteken keresztül megvalósuló) áthúzás későbbi pillanataiban is fenn fog állni. A csúszásmentes átgördülés feltétele tehát (1) és (5) összevetéséből Amennyiben a kis henger rögzített, ez a feltétel elegendő a nagy henger óvatos átemeléséhez. Természetesen a mozgás során mindig az szög pillanatnyi értékének megfelelő húzóerőt kell kifejtenünk. Ennek legnagyobb értéke a kezdeti helyzethez tartozó Ha a kis henger is elfordulhat, illetve elcsúszhat, akkor annak egyensúlyi feltételeit is meg kell vizsgálnunk. A 2. ábra jelöléseivel
Ezekből, továbbá a korábbi összefüggésekből az
eredmény adódik. Tekintettel arra, hogy , a kis henger tehát biztosan nem fog megcsúszni, ha a két henger egymáson nem csúszik el. II. megoldás. Szerkesszük meg -ből kiindulva az egyensúlyi elrendezéshez tartozó erőket!
3. ábra Az és az erő eredőjének a hengerek érintkezési pontja felé kell mutatnia, ellenkező esetben ugyanis a nagy henger elfordulna körül. Innen rögtön adódik, hogy
(Felhasználtuk, hogy az háromszög egyenlő szárú.) A hengerek biztosan nem csúsznak meg egymáson, ha a pontban ható erőnek és a felületekre merőleges egyenesnek a szöge kisebb, mint a súrlódási együtthatóhoz tartozó határszög: azaz Ez a feltétel egyúttal a kis henger stabilitását is biztosítja, hiszen az és a háromszögek hasonlóak, így a nagy henger által a kisebb hengerre kifejtett erő hatásvonala átmegy -n, s ehhez az erőhöz az erőt is hozzáadva az eredőnek a függőlegessel bezárt szöge biztosan kisebb, mint . Megjegyzések. 1. Belátható, hogy a b) esetben az egyensúlyi helyzetnek megfelelő nagyságú erő esetén a rendszer a tiszta gördülésre nézve nem instabil, hanem közömbös. 2. A nagyobb henger nem csak egyensúlyi helyzetek sorozatán keresztül emelhető át az akadályon, hanem pl. egy hirtelen rántással is; ezek vizsgálata azonban lényegesen bonyolultabb feladat lenne. |