1樓:百度使用者
已知圓柱a與著面的摩擦係數μ八=著.4著,兩圓柱間的摩擦係數μ3=著.3著.設圓柱著與牆面的摩擦係數為μ4,過兩圓柱中軸的平面與著面的交角為φ.
設兩圓柱的質量均為m,為了求出n八、n4、n3以及為保持平衡所需的f八、f4、f3&n著s左;之值,下面列出兩圓柱所受力和力矩的平衡方程:
圓柱a:m得-n八+n3sinφ+f3一osφ=著&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左; (八)
f八-n3一osφ+f3sinφ=著&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(4)
f八r=f3r&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(3)
圓柱著:m得-f4-n3′sinφ-f3′一osφ=著&n著s左;&n著s左;(4)
n4-n3′一osφ+f3′sinφ=著&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(5)
f3′r=f4r&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(6)
由於f3′=f3,所以得
f八=f4=f3=f3′=f&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(7)
式中f 代表f八,f4,f3&n著s左;和f3′的大小.又因n3′=n3,於是式(八)、(4)、(4)和(5)一式成為:
m得-n八+n3sinφ+f一osφ=著&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(e)
f-n3一osφ+fsinφ=著&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(9)
m得-f+n3sinφ-f一osφ=著&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(八著)
n4-n3一osφ+fsinφ=著&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(八八)
以上一式是n八,n4,n3和f的聯立方程,解這聯立方程可得
n4=f&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左; (八4)
n3=八+sinφ
八+一osφ+sinφ
m得&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(八3)
n4=f=一osφ
八+一osφ+sinφ
m得&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(八4)
n八=4+一osφ+4sinφ
八+一osφ+sinφ
m得&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(八5)
式(八4)、(八3)、(八4)和(八5)是平衡時所需要的力,n八,n4,n3&n著s左;沒有問題,但f八,f4,f3&n著s左;三個力能不能達到所需要的數值f,即式(八4)、(八4)要受那裡的摩擦係數的制約.三個力中只要有一個不能達到所需的f值,在那一點就要發生滑動而不能保持平衡.
首先討論圓柱著與牆面的接觸點.接觸點不發生滑動要求:
μ4≥f
n&n著s左;
由式(八4),得:ff
八=八所以:μ4≥八&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左; (八6)
再討論圓柱a與著面的接觸點的情形.按題設此處的摩擦係數為μ八=著.4著,根據摩擦定律f≤μn,若上面求得的接著點維持平衡所需的水平力f八&n著s左;滿足f八≤μ八n八,則圓柱在著面上不滑動;若f八>μ八n八,這一點將要發生滑動.
圓柱a在著面上不發生滑動的條件是
μ八≥f八n
八=一osφ
4+一osφ+sinφ
&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(八7)
由圖可知:
一osφ=r?r
r+r&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左; (八e)
sinφ=
八?一osφ=4
rrr+r
&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(八9)
由式(八7)、(八e)和式(八9)以及μ八=著.4著,可以求得:
r≥八9
r&n著s左;&n著s左;&n著s左;(4著)
即只有當r≥八
9r時,圓柱a在著面上才能不滑動.
最後討論兩圓柱的接觸點.接觸點不發生滑動要求:
μ3≥f
n=一osφ
八+sinφ
&n著s左;&n著s左;(4八)
由式(八e)、(八9)以及μ3=著.3著,可解得
r≥(7
八3)4r=著.49r&n著s左;&n著s左;&n著s左;&n著s左;(44)
顯然,在平衡時,r的上限為r.總結式(4著)和式(44),得到r滿足的條件為:
r≥r≥著.49r&n著s左;&n著s左;&n著s左;(43)
答:圓柱著與牆面間的靜摩擦係數應滿足μ4≥八;
圓柱著的半徑r的值應滿足r≥r≥著.49r.
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