Klub 44F - zadania I 2015»Zadanie 590
o zadaniu...
- Zadanie pochodzi z artykułu Klub 44F - zadania I 2015
- Publikacja w Delcie: styczeń 2015
- Publikacja elektroniczna: 1 stycznia 2015
- Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (93 KB)
W naczyniu w kształcie walca znajduje się ciecz o gęstości
Walec obraca się ze stałą prędkością kątową
wokół własnej osi. Wewnątrz walca, wzdłuż jego promienia, umocowany jest cienki pręt
Po pręcie może ślizgać się bez tarcia koralik w kształcie kuli o masie
i promieniu
Kula połączona jest z końcem
pręta za pomocą sprężyny o współczynniku sprężystości
Długość nieodkształconej sprężyny wynosi
Znaleźć odległość środka kuli od osi obrotu.


szukaną odległość środka kuli od punktu
W układzie inercjalnym w kierunku wzdłuż pręta działają na kulę: siła sprężystości
oraz siła ze strony cieczy
a ich wypadkowa jest siłą dośrodkową
Aby wyznaczyć siłę
rozważmy obracające się naczynie z samą cieczą, wyodrębnijmy w niej myślowo część znajdującą się w tym samym miejscu co kula i podzielmy ją na bardzo małe elementy o masach
Siła ze strony pozostałej cieczy działająca na taki element w płaszczyźnie poziomej wynosi
gdzie
jest odległością elementu od osi obrotu. Niech pozioma oś
prostokątnego układu współrzędnych ma początek na osi obrotu i przechodzi przez środek wydzielonej części cieczy, a oś
skierowana jest wzdłuż osi obrotu, prostopadle do płaszczyzny rysunku. Rzut siły
na oś
wynosi
Całkowita siła działająca w płaszczyźnie poziomej ze strony pozostałej cieczy na część wyróżnioną działa wzdłuż osi
co wynika z symetrii problemu, skierowana jest do osi obrotu i ma wartość
jest odległością środka masy kuli od osi obrotu, a
Siła
zależy tylko od położenia, kształtu i objętości wyróżnionej części cieczy. Taka sama siła działa na dowolne ciało umieszczone w tym samym miejscu wewnątrz cieczy. Szukana odległość wynosi
W przeciwnym przypadku sprężyna jest zbyt słaba, aby utrzymać kulę wewnątrz cieczy, i kula w zależności od swojej gęstości przemieszcza się do jednego z końców pręta.