web analytics

Μέγιστο επιτρεπτό πλάτος ταλάντωσης, ώστε να μην …

Δημοσιεύτηκε από τον/την Διονύσης Μητρόπουλος στις 5 Φεβρουάριος 2014 και ώρα 14:30

Δίσκος μάζας Μ = 3 kg  ηρεμεί πάνω σε λείο οριζόντιο επίπεδο, δεμένος στο ένα άκρο οριζόντιου ελατηρίου σταθεράς K = 100 N/m που το άλλο του άκρο είναι ακλόνητο.

Πάνω στο δίσκο τοποθετούμε κύβο μάζας m = 2 kg που ο συντελεστής οριακής στατικής τριβής του με το δίσκο είναι μ = 1,2. Εκτρέπουμε το σύστημα δίσκου – κύβου, ώστε να επιμηκύνουμε το ελατήριο κατά Δℓ, και το αφήνουμε ελεύθερο να εκτελέσει ΓΑΤ.

Να βρεθεί το μέγιστο επιτρεπτό Δℓ ώστε ο κύβος να παραμένει στη θέση του ως προς το δίσκο.

(g = 10 m/s²)

 

ΑΠΑΝΤΗΣΗ:

 

Σιγά τ’ αυγά …

Η k του ελατηρίου παίζει το ρόλο του D, οπότε ω² = k/(M+m).

Η στατική τριβή στον κύβο παίζει ρόλο δύναμης επαναφοράς, οπότε:

Τστ = – m∙ω²∙x   →   |Τστ| = m∙ω²∙|x|

Υπάρχει ο περιορισμός

|Τστ| ≤ μ∙Ν   →   |Τστ| ≤ μ∙m∙g

και συνδυάζοντας:

m∙ω²∙|x| ≤ μ∙m∙g   →   |x| ≤ μ∙g/ω²   →   |x| ≤ μ∙(Μ+m)∙g/k

Άρα και για το πλάτος Δℓ της ταλάντωσης ισχύει:

Δℓ ≤ μ∙(Μ+m)∙g/k   και   Δℓmax = μ∙(Μ+m)∙g/k = 0,6 m

Μήπως μου … ξέφυγε τίποτα;

Γιατί ειδικά «κύβος»;

Και ο συντελεστής τριβής; Δεν είναι κάπως … μεγάλος;

Για κάτσε …

Μήπως ο κύβος, εκτός από το να γλιστρήσει,  κινδυνεύει και να … ανατραπεί;

 

Η ροπή της τριβής ως προς το CM του κύβου είναι Τστ∙α/2 όπου α η ακμή του.

Ποια ροπή αντιστέκεται; Εντάξει, μετατοπίζεται το σημείο εφαρμογής της Ν πιο έξω, οπότε προκαλεί αντίθετη ροπή που μπορεί να φτάσει μέχρι … Ν∙α/2 κι αυτή;

Κι αν τον έχουμε βάλει λοξά πάνω στο δίσκο; Η μισή διαγώνιος … άρα μέχρι Ν∙α√2/2. Δεν λέει πως τον βάλαμε, άρα η χειρότερη περίπτωση είναι Ν∙α/2, οπότε για να μην ανατρέπεται θα πρέπει:

Τστ∙α/2 ≤ Ν∙α/2   →   Τστ ≤ Ν   →   Τστ ≤ m∙g

 

Πω – πω τι πήγε να μου κάνει το μεγάλο μ,

αυτός ο περιορισμός είναι πιο ισχυρός από τον |Τστ| ≤ μ∙m∙g !

 

Οπότε … άκυρη η προηγούμενη λύση. Ισχύει:

|Τστ| ≤ m∙g

και συνδυάζοντας:

m∙ω²∙|x| ≤ m∙g   →   |x| ≤ g/ω²   →   |x| ≤ (Μ+m)∙g/k

Άρα και για το πλάτος Δℓ της ταλάντωσης:

 Δℓ ≤ (Μ+m)∙g/k   και   Δℓmax = (Μ+m)∙g/k = 0,5 m

(Ουφφ !!)

Loading

Subscribe
Ειδοποίηση για
0 Σχόλια