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主题:看到一道很不错的静力学题
15楼
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webhost
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2025-01-21 09:54:11
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这题的关键是摩擦力的方向。可以将坐标系转到斜面的正交方向,视为有个mgsinx的力在“水平”推动圆柱,这样杆子对圆柱的支持力N只能抵消“重力mgcosx部分”,于是这个水平推力只能由摩擦力来抵消,即f1=1/2 mgsinx,因为有两根杆子所以要除以2。之所以写f1是因为摩擦力不一定就沿着杆子的方向,它还可以有垂直杆子方向的分力f2,这个f2与N类似,还可以沿新坐标系分出两个分力,其中一个对称抵消,另外一个与N的分力和1/2 mgcosx之间正好平衡。因此一共可以写出三个方程:
f1 = 1/2 mgsinx
sqrt2/2 N = 1/2 mgcosx +- sqrt2/2 f2
f1^2 + f2^2 <= 1/3 N^2
其中第二个方程中,为了使N尽量的大,+-这里就只取+号。
把f1和f2代入第三个方程,化简可以得到
cosx^2 - 4sqrt2 k cosx + (1+8/3 k^2) <= 0
其中k=N/mg
要使得x尽量的大,则cosx要尽量小,所以满足上述不等式的最小cosx就是关于它的二次方程的小根处,得到
cosx = 2sqrt2 k - sqrt(16/3 k^2-1)
这是关于k的方程,求导后等于0可以算出它取极值时的k=3/4,且可以验证是极小值
此时cosx=sqrt2/2,N=3/4mg
【 在 zxf 的大作中提到: 】
: 两根细圆棒间距sqrt2*R,高度相同,水平平行放置,两圆棒之上有一半径为R的圆柱,最大静摩擦系数sqrt3/3。现将细圆棒一端抬起至多大角度可以保证圆柱开始下滑。
: 这题难度不小,对空间思维是很好的训练。
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FROM 125.118.100.*
17楼
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webhost
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2025-01-21 11:14:57
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是有点奇怪,只是这里两根杆子可以用力去夹圆柱。
就好比如果摩擦系数等于sqrt2,则两根筷子可以这样竖直夹住圆柱不掉,但如果转成普通斜面,sqrt2的摩擦系数只能保证不到60度的倾角不滑落。
【 在 MeiYou9 的大作中提到: 】
: 感觉摩擦力垂直于杆子的分力跟刚体模型有点点冲突,静摩擦力来自与运动趋势,垂直方向
: 没有运动的可能,会有运动趋势吗?当然这只是模型设定的问题
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FROM 125.118.100.*
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