有一半徑為R的圓柱A,靜止在水平我面2,並與豎直牆面相接觸

2021-03-22 01:19:24 字數 3244 閱讀 6551

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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