Условие

Городская олимпиада (3-й этап) 2011 10 класс № 3

На платформе с подставкой расположен электродвигатель (с источником). Полная масса платформы с подставкой и двигателем равна , центр масс расположен посредине платформы. К валу двигателя прикреплен эксцентрик, представляющий собой жесткий невесомый стержень длиной , к концу которого жестко прикреплен небольшой шарик массы . Обозначим отношение массы шарика к массе всей платформы . Двигатель вращает стержень с постоянной угловой скоростью . Все система расположена на горизонтальной поверхности. Положительное направление вращения эксцентрика и положительное направление оси указаны на рисунке. Положение стержня определяется углом его отклонения от вертикали .

1 Найдите проекции скорости и ускорения центра масс всей системы на горизонтальную и вертикальную оси координат в зависимости от угла отклонения .

2 Пусть платформа закреплена между упорами на горизонтальной поверхности так, что не может двигаться горизонтально, но может «подпрыгивать» вверх. Определите, при какой минимальной угловой скорости вращения стержня платформа будет отрываться от горизонтальной поверхности.

  1. Пусть теперь платформа может скользить по горизонтальной поверхности без трения. Стержень вращается с постоянной скоростью , которая меньше, чем величина , найденная в предыдущем пункте. Сначала платформу удерживают, а затем отпускают. Определите закон движения центра платформы , если в момент ее отпускания

3.1 Стержень располагался горизонтально;

3.2 Шарик находился в нижней точке.

Постройте примерные графики законов движения в этих двух случаях.

  1. Рассмотрите теперь случай, когда между платформой и горизонтальной поверхностью присутствует сила сухого трения, коэффициент трения равен ()

4.1 При какой минимальной угловой скорости вращения стержня платформа сможет сдвинуться с места? В какую сторону произойдет этот сдвиг? Чему равен угол в момент начала движения?

4.2 Пусть , , длина стержня м. Найдите численное значение угловой скорости .

  1. Пусть угловая скорость вращения стержня равна . Найдите среднюю скорость горизонтального движения платформы. Используйте численные данные, приведенные в пункте 4.

Примечания

  1. 1. Заранее не очевидно, куда будет направлена эта скорость. Поэтому на рисунке мы направили ее в положительном направлении оси Ox, а дальше уравнения «покажут» куда она направлена на самом деле!