Σε λείο οριζόντιο επίπεδο ηρεμεί μια ομογενής δοκός ΑΒ μήκους 4m και βάρους 400Ν. Σε μια στιγμή στο άκρο Α τη δοκού, ασκούμε μια κατακόρυφη δύναμη, με φορά προς τα πάνω, μέτρου F=80Ν και παρατηρούμε ότι η σανίδα συνεχίζει να ηρεμεί.
- Να βρεθεί η δύναμη που ασκεί το επίπεδο στη δοκό, καθώς και η ροπή της ως προς το κέντρο μάζας Κ της δοκού.
- Ποια η μέγιστη τιμή F1 που μπορεί να πάρει το μέτρο της δύναμης αυτής, χωρίς να πάψει η δοκός να ισορροπεί;
- Μεταβάλλοντας το μέτρο της κατακόρυφης αυτής δύναμης, ανασηκώνουμε τη δοκό, φέρνοντάς την να ισορροπεί σε μια νέα θέση, όπου σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία θ, όπως στο κάτω σχήμα. Να υπολογίστε το μέτρο της δύναμης F2, σε συνάρτηση με την γωνία θ.
Αφιερωμένη στον Αποστόλη Παπάζογλου, αφού η δική ανάρτηση ΕΔΩ, έδωσε την αφορμή για την παρούσα.
Καλημέρα Διονύση και σε ευχαριστώ για την αφιέρωση. Όμορφο θέμα με ίσως μη αναμενόμενο διαισθητικά αποτέλεσμα.
Πολύ ωραία άσκηση Διονύση, ευχαριστούμε πολύ!
Αποστόλη και ΠΑύλο καλό μεσημέρι και σας ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Αυτό το μη αναμενόμενο αποτέλεσμα Αποστόλη…. με έσπρωξε για να κάνω την ανάρτηση…
Καλημέρα Διονύση!
Ωραία άσκηση και μη αναμενόμενο διαισθητικά το αποτέλεσμα. Θυμίζει λίγο το πρόβλημα με τον κύβο σε οριζόντιο επίπεδο που ασκώντας οριζόντια δύναμη προσπαθούμε να τον ανατρέψουμε πριν ολισθήσει. Και εκεί η δύναμη Ν αυξάνοντας συνεχώς την “σπρωχτική δύναμη” καταλλήγει στην ακμή πριν την ανατροπή.
Κάτι άλλο: οι εξισώσεις στο mathtype μου τις έβγαλε όπως στην εικόνα (δεν ξέρω αν το έκανε μόνο σε μένα, αλλά ανοίγωντας την εξίσωση και πατώντας ένα γράμμα π.χ. α και μετά σβήνοντάς το επανέρχεται στα συγκαλά του!!!
Καλημέρα Βασίλη και σε ευχαριστώ για το σχόλιο.
Επειδή το αρχείο Word μπορεί να το κατεβάσουν και άλλοι φίλοι και να έχουν το ίδιο πρόβλημα με σένα, ας τονίσω ότι αν κάνουν διπλό κλικ και αλλάξουν το παραμικρό, μετά φαίνεται σωστά.
Το πρόβλημα οφείλεται στο ότι οι εξισώσεις δεν είναι γραμμένες σε mathtype αλλά με equation editor, αφού …μαθαίνω το mac…
Διονύση καλησπέρα. Πολύ όμορφη και όπως πάντα διδακτική. Αν ήμουνα Σχολείο δεν υπήρχε περίπτωση να μην την δίδασκα!
Καλό απόγευμα Γιώργο και σε ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Χαίρομαι που σου άρεσε.
Διονύση καλησπέρα.
Στη απάντηση του 1ου ερωτήματος αναφέρεις: “η κάθετη αντίδραση του επιπέδου δεν ασκείται στο μέσον της δοκού, αλλά σε κάποιο σημείο Γ, δεξιά του K, σε απόσταση x, όπως στο σχήμα”.
Κατόπιν στην απάντηση του 2ου ερωτήματος αναφέρεις: “η Ν θα φτάσει στο άκρο Β της δοκού, πράγμα που σημαίνει πρακτικά ότι η δοκός έρχεται σε επαφή με το οριζόντιο επίπεδο, μόνο με το άκρο της Β”
Ερώτηση: Στην 1η περίπτωση η δοκός έρχεται σε επαφή μόνο με το Γ;
Καλησπέρα Ανδρέα και σε ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Όταν μια ράβδος έρχεται σε επαφή με το επίπεδο, δεν δέχεται δύναμη στήριξης σε ένα σημείο της, αλλά σε όλη την βάση στήριξης.
Έτσι όταν σχεδιάζουμε την Ν, αυτή είναι η συνισταμένη… πολλών παραλλήλων δυνάμεων και αυτή διέρχεται από το κέντρο μάζας, σε περίπτωση ισορροπίας της χωρίς την επίδραση άλλων δυνάμεων.
Στην πρώτη περίπτωση παραπάνω, ασκείται στη ράβδο και η δύναμη F που τείνει να ανασηκώσει την σανίδα, οπότε ο ιδυνάμεις από το έδαφος, δεν ειναι ίσες σε όλο το μήκος της ράβδου.
Ένα σχήμα, για μια περίπου κατανομή των δυνάμεων στήριξης βλέπουμε στο σχήμα.
Αποτέλεσμα; Όταν σχεδιάζουμε ΜΙΑ κάθετη αντίδραση, ο φορέας της να είναι μετατοπισμένος προς τα δεξιά.
Στην οριακή περίπτωση που η ράβδος είναι “έτοιμη” να αφήσει το οριζόντιο επίπεδο σε όλο το μήκος της, τότε “χάνει οριακά” επαφή και η ράβδος στηρίζεται μόνο στο άκρο της Β και τότε ναι, η δύναμη στήριξης ασκείται στο σημείο αυτό. Το μόνο σημείο επαφής της ράβδου με το επίπεδο.
Σε ευχαριστώ για την απάντησή σου.
Βέβαια από τον μαθητή δεν περιμένουμε αυτή την ανάλυση αλλά να επικαλεστεί το εμπειρικό δεδομένο: “αυξάνοντας συνεχώς το μέτρο της F, κάποια στιγμή η Ν θα φτάσει στο άκρο Β της δοκού, πράγμα που σημαίνει πρακτικά ότι η δοκός έρχεται σε επαφή με το οριζόντιο επίπεδο, μόνο με το άκρο της Β και είναι έτοιμη να αρχίσει να περιστρέφεται.”
Καλημέρα στους συνομιλητές
Διονύση, η άσκηση δόθηκε σήμερα και στα δύο τμήματα.
Δέχθηκα ανάλογη ερώτηση με αυτήν του Ανδρέα. Η αποδοχή απάντησης,
ανάλογης με αυτή που έδωσες, δεν συνάντησε αντιρρήσεις…
Τους ανέφερα και το ανάλογο παράδειγμα της δύναμης του υγρού στο τοίχωμα του δοχείου, χωρίς βέβαια να υπολογίσουμε το ακριβές βάθος
Στο ερώτημα (2), η ισότητα των μοχλοβραχίονων της F και της Ν έκανε εύκολη
την απάντηση και ίσως δημιούργησε και παρανόηση…
Γι αυτό άλλαξα το σημείο εφαρμογής της F σε L/4 από το ΚΜ ώστε να μην είναι
άμεσα προβλέψιμη η απάντηση (F=2W/3)
Και εκεί όμως “ατύχησα” αφού δέχθηκα άμεση απάντηση με Στ=0 ως προς το
άκρο Β και ροπές F(3L/4) και WL/2……
Απάντηση το 2ο ερώτημα, χωρίς να επικαλεστούμε την εμπειρία:
Επιλέγουμε με αρχή το Α τον άξονα των θέσεων που φαίνεται στο σχήμα.
Για τη θέση x του Γ ισχύει:
0 ≤ x ≤L (1)
όπου L είναι το μήκος της ράβδου.
Όταν η ράβδος ισορροπεί, για τα μέτρα των δυνάμεων ισχύει:
N = w -F (2)
και
F L/2 = Ν (x – L/2) (3)
Από τη (2) και την (3) προκύπτει:
x (w-F) =w L/2 (4)
Επειδή w L/2 ≠ 0, από την (4) προκύπτει ότι w-F ≠ 0, και γι’ αυτό:
x = L/2 w/(w-F) (5)
Αντικαθιστώντας την (5) στην (1) προκύπτει ότι F ≤ w/2.
Συμπέρασμα: Η μέγιστη τιμή της F ώστε η ράβδος να ισορροπεί είναι w/2.
Καλημέρα Θοδωρή, καλημέρα Ανδρέα.
Θοδωρή χαίρομαι που η άσκηση βρήκε αίθουσα και μαθητές να … διδαχτεί…
Ανδρέα σε ευχαριστώ για την εναλλακτική λύση.
Βέβαια στην λύση που έδωσα δεν επικαλούμαι καμιά εμπειρία, αλλά έχω γράψει:
“Από την εξίσωση (1) προκύπτει ότι όσο αυξάνεται το μέτρο της ασκούμενης δύναμης F, τόσο αυξάνεται η απόσταση x του φορέα της Ν από το κέντρο μάζας Κ. Αλλά τότε αυξάνοντας συνεχώς το μέτρο της F, κάποια στιγμή η Ν θα φτάσει στο άκρο Β της δοκού, πράγμα που σημαίνει πρακτικά ότι η δοκός έρχεται σε επαφή με το οριζόντιο επίπεδο, μόνο με το άκρο της Β και είναι έτοιμη να αρχίσει να περιστρέφεται.”
Νομίζω ότι δεν αφήνει κάποιο λογικό κενό.
Καλησπέρα Διονύση.Ωραίο θέμα. Στερεό κάνουν οι μαθητές. Η βάση έχει διαστάσεις και πρέπει να καταλαβαίνουν τη διαφορά από τα “κουτιά” – υλικά σημεία, που ζωγραφίζανε ως τη Β τάξη. Υπάρχει μια διαβάθμιση που έχεις σχεδιάσει, σε κάθε κάθετη τομή της βάσης του στερεού. Η συνισταμένη καθετη αντίδραση δεν περνάει από το C.M.
Από το I.P μια προσονμοίωση με αλλαγμένη μάζα m = 4kg για να χωράει στην οθόνη.
Παρατηρούμε τη διαβάθμιση που κάνει στις αντιδράσεις. Το παράξενο είναι ότι βγάζει λάθος τιμή στο αριστερό σχήμα, ενώ στο δεξί που έχει ένα σημείο επαφής όχι. Ξέρεις γιατί το κάνει αυτό;
Η Προσομοίωση