невесомая нить что значит

В системе, изображённой на рисунке, трения нет, блоки невесомы, нить невесома и нерастяжима, m₁ = 2 кг, m₂ = 4 кг, m₃ = 1 кг. Найдите модуль и направление ускорения груза массой m₃.

Какие законы Вы используете для описания движения брусков? Обоснуйте их применение к данному случаю.

Обоснование. Бруски движутся поступательно. Следовательно, их можно считать материальными точками. Подвижный блок невесом. На каждый брусок действуют сила тяжести и сила натяжения нити. На гладкой поверхности и в блоках отсутствует сила трения. Поэтому для описания движения каждого бруска по горизонтальной поверхности в инерциальной системе отсчета под действием этой силы с ускорением можно применять второй закон Ньютона.

Нить невесома. Значит, силы натяжения нити, действующая на каждый брусок и на подвижный блок, имеет одинаковое по модулю значения.

Нить нерастяжима. Поэтому можно составить уравнение кинематической связи между ускорениями брусков и подвижного блока.

Перейдем к решению.

1. Введём на рисунке неподвижную систему координат, у которой ось x горизонтальна и направлена вправо, а ось y направлена вертикально вниз. Обозначим также силы, определяющие ускорения тел вдоль направлений их движения: силу T натяжения нити, которая, как следует из условия задачи, постоянна по модулю вдоль всей нити, и силу тяжести

2. Записывая второй закон Ньютона в проекциях на оси x и y для трёх грузов, имеем:

3. Поскольку нить нерастяжима, из постоянства её длины получаем следующее соотношение для координат грузов:

Отсюда следует связь между ускорениями грузов:

4. Решая полученную систему уравнений, находим модуль искомого ускорения:

вектор направлен вниз.

Ответ: вектор направлен вниз.

Верно обоснована возможность использования законов (закономерностей)

В обосновании возможности использования законов (закономерностей) допущена ошибка.

Обоснование отсутствует

Критерии оценивания выполнения задания

Баллы

Критерий 1

Критерий 2

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона и кинематические соотношения);

II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);

III) проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);

IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины

Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеются один или несколько из следующих недостатков.

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т.п.).

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.

Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка

Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.

Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

Источник

Формула силы натяжения нити

Определение и формула силы натяжения нити

Чаще всего в задачах и примерах рассматривают нить, массой которой можно пренебречь. Ее называют невесомой.

Еще одним важной характеристикой нити при расчете силы натяжения является ее растяжимость. Если исследуется невесомая и нерастяжимая нить, то такая нить считается просто проводящей через себя силу. В том случае, когда необходимо учитывать растяжение нити, применяют закон Гука, при этом:

Единицы измерения силы натяжения нити

Основной единицей измерения силы натяжения нити (как и любой силы) в системе СИ является: [T]=Н

Примеры решения задач

Задание. Невесомая, нерастяжимая нить выдерживает силу натяжения T=4400Н. С каким максимальным ускорением можно поднимать груз массой m=400 кг, который подвешивают на эту нить, чтобы она не разорвалась?

Решение. Изобразим на рис.1 все силы, действующие на груз, и запишем второй закон Ньютона. Тело будем считать материальной точкой, все силы приложенными к центру масс тела.

Из выражения (1.2) получим ускорение:

Все данные в задаче представлены в единицах системы СИ, проведем вычисления:

Ответ. a=1,2м/с 2

Формула силы натяжения нити не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Задание. Шарик, имеющий массу m=0,1 кг прикрепленный к нити (рис.2) движется по окружности, расположенной в горизонтальной плоскости. Найдите модуль силы натяжения нити, если длина нити l=5 м, радиус окружности R=3м.

Решение. Запишем второй закон Ньютона для сил, приложенных к шарику, который вращается по окружности с центростремительным ускорением:

Найдем проекции данного уравнения на обозначенные на рис.2 оси X и Y:

$$ \begin X: \quad T \sin \alpha=m a=m \omega^ <2>R(2.2) \\ Y: \quad-m g+T \cos \alpha=0 \end $$

Из уравнения (2.3) получим формулу для модуля силы натяжения нити:

Так как все данные в условиях задачи приведены в единицах системы СИ, проведем вычисления:

Источник

Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Боковая панель

Теория вероятностей и математическая статистика
Строительная механика для строительных специальностей
Матанализ. Дифференциальное и интегральное исчисление
economics

Теоретическая механика. Статика:

Контакты

Простейшие типы связей

1. Идеально гладкая поверхность. Рассмотрим тело, которое может перемещаться без трения по гладкой горизонтальной поверхности (Рис.1а).

Идеально гладкая поверхность

Принципиально картина не меняется, если поверхность тела или связи будет гладкой, но криволинейной (Рис.1б).

Пусть тело в виде бруса с гладкой поверхностью опирается в точке А на идеально гладкую поверхность, а в точке В – на уступ (Рис.1в).

Итак, по поводу этого типа связи можно сделать следующий вывод: реакция идеально гладкой поверхности приложена в точке касания и направлена по нормали к поверхности тела или связи.

2. Гибкая невесомая и нерастяжимая нить. Рассмотрим тело, которое подвешено на двух таких нитях и находится в равновесии под действием собственного веса и реакций нитей, прикрепленных к телу в точках А и В (Рис.2 слева).

Слева: Гибкая невесомая и нерастяжимая нить

Реакция связи равна силе натяжения нити, она направлена вдоль нити и от тела, которое эта нить удерживает.

3. Жесткий невесомый прямолинейный стержень. Реакция направлена вдоль стержня, который, в отличие от нити, может воспринимать как растягивающие ($\vec$), так и сжимающие ($\vec$) усилия (Рис.2 справа).

Справа: Жесткий невесомый прямолинейный стержень

4. Подвижная опора. Допускает перемещение закрепленным таким образом точки тела только вдоль опорной плоскости (Рис.3а).

Реакция направлена перпендикулярно заштрихованной опорной площадке.

В учебной литературе этот вид связи также называют подвижным цилиндрическим шарниром.

Помимо стандартного обозначения, предусмотренного ГОСТом, на схемах эту связь изображают так, как показано на рис.3б.

Отметим, что четыре рассмотренные связи имеют одну общую особенность: соответствующие им реакции известны по направлению и неизвестны по величине. То есть с точки зрения алгебры каждая из этих реакций соответствует только одному неизвестному.

Эта связь допускает поворот тела вокруг рассматриваемой точки, поэтому в учебной литературе эту связь также называют неподвижным цилиндрическим шарниром.

Помимо стандартного обозначения, предусмотренного ГОСТом, на схемах она изображается так, как показано на рис.4б.

Рассмотренными в этом параграфе шестью типами связей мы и ограничимся. Другие связи будут рассмотрены по мере необходимости.

Источник

Сила натяжения нити

Понятие силы натяжения нити

Сила натяжения нити является реакцией подвеса (нити), на действие со стороны тела на подвес. Сила натяжения нити всегда имеет направление вдоль нити.

Очень часто при решении задач указывают, что нить является невесомой (массой нити в сравнении с массой груза можно пренебречь). Если нить невесома и нерастяжима, то такую нить рассматривают как проводник силы.

Если следует учитывать растяжение нити, при этом нагрузки малы, а нить упругая, то при вычислении силы натяжения используют закон Гука:

Единицей измерения силы натяжения нити в Международной системе единиц (СИ) (как и для любой другой силы) является ньютон:

Примеры задач на силу натяжения нити

Решение. Рассмотрим силы, которые приложены к первому грузу, запишем второй закон Ньютона для этого тела:

Проектируя на оси X и Y уравнение (1.1) получаем:

\[\left\< \begin X:F-T_1=m_1a\left(1.2\right). \\ m_1g=N_1\left(1.3\right). \end \right.\]

Рассмотрим силы, действующие на второй груз, запишем второй закон Ньютона для этих сил:

В проекциях на оси X и Y получаем систему уравнений:

\[\left\< \begin X:T_2=m_2a\left(1.5\right). \\ m_2g=N_2\left(1.6\right). \end \right.\]

Так как нить считаем невесомой, то имеем:

Из уравнения (1.5) выразим ускорение и подставим его в (1.2)получим величину силы натяжения нити:

Задание. К нерастяжимой нити подвешен массивный шарик. Шарик подняли так, что нить приняла горизонтальное положение, затем шарик отпустили. Какова сила натяжения нити в момент, когда шарик проходит положение равновесия? Какой угол составляет нить с вертикалью, если сила натяжения равна силе тяжести, действующая на шарик?

Решение. Сделаем рисунок.

1) Силы, действующие на шарик в момент прохождения положения равновесия (положение А на рис.2): сила тяжести и сила натяжения нити. Для них запишем второй закон Ньютона:

Запишем проекцию выражения (2.1) на ось Y:

где шарик движется с центростремительным ускорением, равным:

Выразим силу натяжения нити из (2.2), подставим найденное ускорение, учитывая (2.4):

Ось Y направим по нити, ось X перпендикулярно оси Y (рис.3).

Запишем проекцию уравнения (2.1) на новую ось Y:

Выразим силу натяжения нити:

Учитывая (2.3), получим:

Подставим результат (2.9) в формулу (2.7), получили:

Приравниваем по условию силу натяжения нити к силе тяжести, выражаем величину угла:

Источник

Невесомая нить что значит

Брусок массой М = 300 г соединен с бруском массой m = 200 г невесомой и нерастяжимой нитью, перекинутой через невесомый блок (см. рисунок). Чему равен модуль ускорения бруска массой 200 г? Ответ приведите в метрах на секунду в квадрате.

Поскольку нить нерастяжимая, бруски двигаются с одинаковым ускорением. Невесомость нити означает, что натяжение нити постоянно по всей её длине, а значит, нить действует на бруски с одинаковой силой Выпишем второй закон Ньютона для брусков в проекции на вертикальную ось, направленную вверх:

Решая систему из двух уравнений, находим выражение для ускорения

В горизонтальном направлении на вагонетку действуют сила трения и сила натяжения нити. В первом случае они обе направлены против движения, вагонетка движется равнозамедленно. Во втором случае силы направлены в разные стороны и компенсируют друг друга, поэтому вагонетка движется равномерно. Запишем для них второй закон Ньютона в проекции на горизонтальную ось, направленную в сторону блока:

Запишем теперь второй закон Ньютона для груза в проекции на вертикальную ось, направленную вниз:

Ускорения вагонетки и груза одинаковые, поскольку нить нерастяжима. Сила натяжения нити одинакова, поскольку нить невесома. Сложим все четыре уравнения:

У вас ошибка в третьем уравнение. Ускорение должно быть с отрицательным знаком, поскольку груз массой m будет двигаться в отрицательном направлении вертикальной оси направленной вниз

Груз будет двигаться вверх замедляясь, его ускорение направлено вниз.

Невесомый стержень АВ с двумя малыми грузиками массами m₁ = 200 г и m₂ = 100 г, расположенными в точках C и B соответственно, шарнирно закреплён в точке А. Груз массой M = 100 г подвешен к невесомому блоку за невесомую и нерастяжимую нить, другой конец которой соединён с нижним концом стержня, как показано на рисунке. Вся система находится в равновесии, если стержень отклонён от вертикали на угол а нить составляет угол с вертикалью, равный Расстояние АС = b = 25 см. Определите длину l стержня АВ. Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на груз M и стержень.

1. Систему отсчёта, связанную с Землёй, считаем инерциальной. Введём декартову систему координат хОу, как показано на рисунке. Поскольку груз находится в равновесии, согласно второму закону Ньютона

2. На стержень с грузами m₁ и m₂ действуют силы и а также сила натяжения нити Поскольку нить невесома, то Кроме того, на стержень действует сила со стороны шарнира. Запишем условие равенства нулю суммы моментов этих сил относительно оси вращения, проходящей через точку А — точку шарнирного закрепления стержня:

3. Решая систему уравнений (1) и (2), с учётом получим:

Ответ:

Тележку массой 1 кг, находящуюся на горизонтальной поверхности, толкнули вбок, она стала двигаться равнозамедленно с ускорением После этого к тележке подвесили груз на перекинутой через блок невесомой и нерастяжимой нити, она стала двигаться равномерно. Найдите массу груза.

Рассмотрим первый случай. На тележку действуют три силы: тяжести, трения и реакция опоры. Согласно второму закону Ньютона Запишем проекции на горизонтальную и вертикальную оси:

Сила трения связана с силой реакции опоры соотношением откуда

Рассмотрим теперь второй случай. Так как тело движется равномерно, его ускорение равно нулю. Нить нерастяжима, поэтому груз также двигается равномерно. Запишем второй закон Ньютона для тележки и груза

Нить невесома, поэтому В итоге получаем

С помощью системы невесомых блоков на невесомых и нерастяжимых нитях уравновешены два груза (см. рисунок). Модуль силы натяжения участка нити AB равен T. Установите соответствие между модулями сил натяжения и участками нитей.

Будем отсчитывать блоки слева направо. На левой нити второго блока сила нятяжения равна T, следовательно, чтобы блок оставался в равновесии на центр блока действует сила 2T. Аналогично второму блоку на центр третьего блока действует сила 4T, следовательно, сила натяжения, действующая на участок нити DC равна 4T. Такая же сила натяжения будет на правой нити четвёртого блока. Чтобы пятый блок находился в равновесии необходимо, чтобы на центр блока действовала сила, равная 8T.

Аналоги к заданию № 6066: 6101 Все

На рисунке изображена механическая система, состоящая из двух идеальных блоков, двух невесомых и нерастяжимых нитей и трёх грузов массами m₁ = 3 кг, m₂ = 2 кг и m₃ = 1 кг, подвешенных на концах нитей. Верхний неподвижный блок затормаживают. Найдите отношение силы натяжения T₂ нити, к которой подвешены грузы m₂ и m₃, к силе натяжения T₁ нити, к которой подвешен груз m₁.

1. Изобразим систему, нарисовав силы, действующие на её тела, и введя вертикальную ось координат x, направленную вниз (см. рис.). Силу натяжения одной нити обозначим через T₁, а второй — через T₂.

2. После затормаживания верхнего неподвижного блока нижний блок также становится неподвижным идеальным блоком, через который перекинута нить, к концам которой подвешены два груза массами m₂ и m₃, то есть получается «машина Атвуда».

4. Условие нерастяжимости обеих нитей может быть записано с использованием постоянства их длин, что приводит к уравнению х₂ + х₃ = const, откуда получаем уравнение кинематической связи: a₂ + a₃ = 0 или a₃ = −a₂.

Ответ:

Аналоги к заданию № 23316: 23348 24118 24171 Все

Маленький шарик массой подвешен на лёгкой нерастяжимой нити длиной которая разрывается при силе натяжения Шарик отведён от положения равновесия (оно показано на рисунке пунктиром) и отпущен. Когда шарик проходит положение равновесия, нить обрывается, и шарик тут же абсолютно неупруго сталкивается с бруском массой лежащим неподвижно на гладкой горизонтальной поверхности стола. Какова скорость u бруска после удара? Считать, что брусок после удара движется поступательно.

Какие законы Вы используете для описания взаимодействия тел? Обоснуйте их применение к данному случаю.

Обоснование. Шарик и брусок в данных условиях можно считать материальными точками. При отсутствии силы сопротивления воздуха и трения в инерциальной системе отсчета для шарика и бруска применим закон сохранения импульса при абсолютно неупругом ударе. Внешняя сила тяжести действует в течение очень малого промежутка времени взаимодействия, поэтому этим действием можно пренебречь.

Нить невесома и нерастяжима, на шарик действуют сила тяжести и сила натяжения нити.

Равнодействующая сил в момент удара является причиной возникновения центростремительного ускорения для равномерного движения по окружности. Можем применять для инерциальной системы отсчета второй закон Ньютона.

Перейдем к решению. 1. Непосредственно перед обрывом нити в момент прохождения положения равновесия шарик движется по окружности радиусом l со скоростью В этот момент действующие на шарик сила тяжести и сила натяжения нити направлены по вертикали и вызывают центростремительное ускорение шарика (см. рисунок). Запишем второй закон Ньютона в проекциях на ось Oy инерциальной системы отсчёта Oxy, связанной с Землёй:

откуда

2. При прохождении положения равновесия нить обрывается, и шарик, движущийся горизонтально со скоростью абсолютно неупруго сталкивается с покоящимся бруском. При столкновении сохраняется импульс системы шарик — брусок. В проекциях на ось Ox получаем: