Keresés


Toplista

Toplista
  • betöltés...

Magántanár kereső

Ha szívesen korrepetálnál, hozd létre magántanár profilodat itt.
Ha diák vagy és korrepetálásra van szükséged, akkor regisztrálj be és írd meg itt, hogy milyen tantárgyban!

Mekkora fordulatszámmal kell forgatni?

672
Mekkora fordulatszámmal kell forgatni egy 10 cm sugarú, függőleges tengelyű hengerpalástot, hogy a palást belső felületére helyezett test ne csússzon le a henger fala mentén? A test és a palást közötti tapadási súrlódási együttható 0,74.
Jelenleg 1 felhasználó nézi ezt a kérdést.
0
Középiskola / Fizika

Válaszok

1
Először feledkezzünk meg a µ-ről.

Ahhoz, hogy körpályán maradjon a test, az kell, hogy a rá ható erőkből az, ami a kör középpontja felé mutat, akkor legyen, mint a sebességhez tartozó centripetális erő:
`F_"cp"=m·v^2/r`

Amikor lent van a test, ahol az alatta lévő palást nyomóereje tetszőleges nagy lehet (akkora lesz, amekkorára szükség van), akkor nincs gond, lesz elegendő erő. A kritikus hely a felső pont, mert ekkor lehet az is, hogy nincs nyomóerő a palásttól (ha kicsi a sebesség).

Mindjárt tovább írom, de most előre mondom, hogy még nem ez lesz a megoldás, ez csak a megértés miatt érdekes.

Szóval a fenti ponton esetleg csak a nehézségi erő hat a testre, ami viszont nem akkora, amekkorára szükség van, hanem mindig `m·g`. Ekkor legalább akkora sebesség kell, hogy a centripetális erő pont ugyanennyi legyen:
`F_"cp" = m·g`
`m·v^2/r = m·g`
`v = sqrt(r·g)`

(Újra mondom, eddig még nem ez a megoldás. Valójában nem kellett volna kiszámolni `v` értékét, mert ennél nagyobb kell majd.)

Ha ennél nagyobb sebességgel megy a test, akkor a nagyobb centripetális erőt az szolgáltatja, hogy a fenti pontban is lesz a palástnak nyomóereje. Így változik a képlet a felső pontban:

`F_"cp" = m·g + F_"ny_f"`

Most nézzük a surlódást. Surlódási erő kell ahhoz, hogy a test ne csússzon meg a paláston. Ha mondjuk jégből lenne a palást és korcsolya lenne a testen, akkor miközben elkezdenénk forgatni a palástot, a test ott maradna alul változatlanul, mert a korcsolya alatt elfordulna a palást. Ez azért van, mert nem lenne surlódás, ami felgyorsítaná a testet ugyanarra a sebességre, amivel a palást forog.
Ellenben ha a test elé és mögé is hegesztenénk egy-egy függőleges támaszt, az gyakorlatilag végtelen surlódást jelentene, az felgyorsítaná a testet a szükséges sebességre. Ekkor akkora sebesség elég lenne, amit fentebb kiszámoltam.

Na most nem is korcsolya van rajta, nincs is támasz előtte-mögötte, van viszont `µ="0,74"` nagyságú surlódási együtthatója. A surlódási erőt ez határozza meg:
`F_s=µ·F_"ny"`
ahol `F_"ny"` az adott ponthoz tartozó nyomóerő. Ez alul, felül, meg oldalt is más-más értékű. Mindjárt látjuk, hogy alul a legnagyobb, felül a legkisebb, oldalt közepes. Az értéke akkora, ami ahhoz kell, hogy éppen a sebességhez tartozó `F_"cp"` nagyságú eredő erő mutasson a forgástengely felé:

Alul: `F_"cp" = F_"ny_a"-m·g` (itt `F_"ny_a"` felfelé mutat, `m·g` lefelé, azért kellett kivonni.)
Felül: `F_"cp" = F_"ny_f"+m·g` (itt mindkettő lefelé, azért kellett öszeadni.)
Oldalt: `F_"cp" = F_"ny_o"` (itt `F_"ny_o"` befelé mutat. Van `m·g` is lefelé, de annak nincs befelé irányú komponense.)

Ezekből:
`F_"ny_a" = F_"cp"+m·g`
`F_"ny_f" = F_"cp"-m·g`
`F_"ny_o" = F_"cp"`

Most már nagyon közel vagyunk a megoldáshoz. Az eddigi még csak a megértéshez kellett, most már élesben lesznek felírva a képletek:

Ha már felgyorsult a test `v` sebességre, akkor nem kell sebességirányú erő ahhoz, hogy megtartsa a sebességét, Ez rendben is van alul meg felül. Oldalt viszont az nehézségi erő le akarja ejteni a testet, amit csak a surlódás akadályoz meg. Vagyis ekkora surlódási erőnek kell lennie:
`F_s=m·g`
Most már csak ennek a bal oldalát kell átalakítgatni:
`µ·F_"ny_o"=m·g quad quad quad quad quad quad` (mivel `F_s=µ·F_"ny_o"`)
`µ·F_"cp"=m·g quad quad quad quad quad quad quad quad` (mivel `F_"ny_o" = F_"cp"` )
`µ·m·v^2/r=m·g quad quad quad quad` (mivel `F_"cp"=m·v^2/r`)

`µ·v^2/r=g`
`v^2=(r·g)/µ`
`v=sqrt((r·g)/µ)`

(az ugye tiszta, hogy a cm-t át kell váltani...)
Módosítva: 6 éve
0