Решение задач из Савченко О.Я.

Aliaksandr Melnichenka
October 2023

Условие:

$2.1.53.$ В сферическую полость поместили гантель (два шарика массы $m$ каждый, соединенные невесомым стержнем) так, как это показано на рисунке. Определите силу давления шариков на стенки сразу же после того, как гантель отпустили. Радиус шариков гантели много меньше радиуса сферы.

К задаче 2.1.53

Решение:

Сделаем рисунок более крупным. Расставим силы. В начальный момент гантель не движется, поэтому запишем увторой закон ньютона с учетом, что ускорение равно нулю.

Силы действующие на систему тел

Записываем условие равновесия на оси: $$0 = N_1 - mg - T\cos \alpha$$ $$0 = N_2 - mg \cos(\pi - 2 \alpha) + T\cos \alpha.$$ Нетрудно догадаться, что проектирование велось по направлениям $N_1$ и $N_2$. Из этой системы находим $$N_1 - N_2>= 2mg$$ $$N_1 + N_2>= mg - mg \cos(\pi - 2 \alpha)$$ т.к. $\cos(\pi - 2 \alpha) = \cos2 \alpha$, то $$N_1 + N_2 = mg - mg \cos2 \alpha$$ По условию задачи $\alpha =90^{\circ}$

С учетом этого окончательно получим $$\boxed{N_1 = 3mg}$$ $$\boxed{N_2 = -mg / 2}$$ Знак "—" означает, что сила направлена в противоположную сторону, как указано на рисунке.

Ответ:

Для верхнего шарика $$N_1 = mg/2$$ для нижнего $$N_2 = 3mg/2$$