Klub 44F - zadania V 2015»Zadanie 599
o zadaniu...
- Zadanie pochodzi z artykułu Klub 44F - zadania V 2015
- Publikacja w Delcie: maj 2015
- Publikacja elektroniczna: 30 kwietnia 2015
- Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (73 KB)
Koło, którego cała masa rozłożona jest równomiernie na obwodzie, może obracać się bez tarcia wokół swojej osi skierowanej poziomo. Wewnątrz koła, wzdłuż jego obwodu biegnie wiewiórka. Współczynnik tarcia między kołem a wiewiórką wynosi
Stosunek masy koła do masy wiewiórki równy jest
Jakie maksymalne, stałe przyspieszenie liniowe może nadać kołu wiewiórka?


siła reakcji
i siła tarcia
Zgodnie z trzecią zasadą dynamiki na koło działa stycznie siła o wartości
która nadaje mu przyspieszenie
gdzie
jest masą koła. Przyspieszenie koła ma być stałe, zatem
również musi być stałe. Ponieważ przyspieszenie koła ma mieć maksymalną wartość, to
oraz
też jest stałe. W układzie odniesienia związanym z Ziemią wiewiórka porusza się po okręgu:
jest masą wiewiórki,
jej prędkością, a
promieniem okręgu. Siła reakcji
może być stała w dwóch przypadkach: albo wiewiórka biegnie po okręgu tak, że jej kwadrat prędkości jest sumą funkcji proporcjonalnej do
i funkcji stałej, albo jest nieruchoma i
W pierwszym przypadku dla
i
kwadrat prędkości osiąga odpowiednio najmniejszą i największą wartość. Wtedy składowa przyspieszenia wiewiórki styczna do okręgu wynosi 0, a zatem i siła tarcia
równa jest zeru (siła ciężkości jest w tych położeniach skierowana wzdłuż promienia). Przypadek pierwszy należy więc odrzucić. Gdy wiewiórka nie porusza się względem Ziemi, zachodzi związek:
Stąd mamy