Решение задач из Савченко О.Я.

Aliaksandr Melnichenka
October 2023

Условие:

$1.5.9^*.$ Нить, намотанную на ось катушки, тянут со скоростью $v$ под углом $α$ к горизонту. Катушка катится по горизонтальной плоскости без проскальзывания. Найдите скорость оси и угловую скорость вращения катушки. При каких углах $α$ ось движется вправо? влево? Нить так длинна, что угол $α$ не меняется при движении.

К задаче 1.5.9

Решение:

Радиус окружности, по которой катится катушка вокруг мгновенной оси, обозначим $ R^* $:

$ R^* = R \cos \alpha - r $

Угловая скорость катушки $ \omega $ определяется как отношение линейной скорости к радиусу:

$$ \omega = \frac{v}{R \cos \alpha - r} $$

Скорость оси $ v_0 $ можно найти, рассматривая вращение катушки как движение вокруг центра $ O $:

$ v_0 = \omega R $

Подставим найденную угловую скорость:

$$ v_0 = \frac{v R}{R \cos \alpha - r} $$

Катушка будет двигаться вправо, если скорость $ v_0 $ положительна, и влево, если $ v_0 $ отрицательна. Условие смены направления:

$ R \cos \alpha = r $

Соответственно, критический угол $ \alpha^* $ определяется из:

$$ \cos \alpha^* = \frac{r}{R} $$

Ответ:

$u=\frac{v R}{R \cos \alpha-r} ;$ $ \omega=\frac{v}{R \cos \alpha-r}$ вправо при $\cos \alpha>r / R$, влево при $\cos \alpha < r/R$

Альтернативное решение: