НПСФ 2021, 11. клас — Задача 1. Неподвижна макара с движещи се теглилки

Национално пролетно състезание по физика 2021, Тема за пета състезателна група (11. клас) · 13 март 2021 г. · 10 т.

Условие

Част 1.

Безтегловна макара е окачена за тавана. Две теглилки 1 и 2 с маси m1m_1 и m2m_2 (m1>m2m_1 > m_2) съответно са закрепени на двата края на нишка, преминаваща през макарата (Фиг. 1). Теглилките се намират достатъчно далеч от тавана.

В първоначалния момент системата е неподвижна. Теглилката с маса m1m_1 се удържа на височина hh над хоризонтална равнина, а теглилката m2m_2 се намира върху равнината плоскостта. Приемете, че нишката е неразтеглива, безтегловна и гъвкава.

След като системата се освободи, телата започнат да се движат без начална скорост, т.е. макарата се завърта обратно на часовниковата стрелка.

Фиг. 1. Неподвижна макара с две теглилки.

А) Намерете силите на опън на нишката T1T_1 и T2T_2 (действащи ѝ от страна на телата 1 и 2) и ускоренията на телата a1a_1 и a2a_2, докато m1m_1 се удари в равнината. [1 т.]

Теглилката с маса m1m_1 достига до равнината и следва абсолютно нееластичен удар.

Б) На каква максимална височина HH, спрямо равнината, ще се изкачи теглилката с маса m2m_2? [3 т.]

В) Намерете на каква максимална височина h1h_1 ще се издигне m1m_1 след като теглилката с маса m2m_2 започне да пада надолу, т.е. макарата започне да се върти по часовниковата стрелка и я сравнете с височината hh. (Приемете, че след като тялото 2 „друсне“ на нишката, двете тела имат равни по големина скорости) [3 т.]

Част 2. Подвижни макари с неподвижни теглилки

На Фиг.1а е показана система от подвижна и неподвижна макара. На подвижната макара е закачена теглилка с маса MM. Към свободния край на нишката е приложена сила FF, така че системата е в равновесие.

Фиг. 1а. Подвижна и неподвижна макара.

А) Всички нишки са успоредни една на друга. Каква сила FF трябва да се приложи към свободния край на нишката, така че системата да бъде в равновесие? [0,5 т.]

Б) Ще се запази ли равновесието, ако свободният край на нишката се отклони под ъгъл α\alpha спрямо вертикалата (Фиг. 1б)? Обосновете отговора си.

Фиг. 1б. Отклонен свободен край.

[0,5 т.]

В) Ще се запази ли равновесието, ако т.AA се отмести, така че нишката да сключва ъгъл α\alpha с вертикалата (Фиг. 1в)? Обосновете отговора си.

Фиг. 1в. Отместена точка A.

[1 т.]

Г) Полиспаст се нарича система от макари, чието предназначение е да се печели сила. Намерете каква сила FF трябва да се приложи към система от NN на брой подвижни макари и една неподвижна (Фиг. 1г), така че системата да бъде в равновесие. Нишките са успоредни една на друга.

Фиг. 1г. Полиспаст.

[1 т.]

Решение


Оригинал в Архива: proletni_2021_11problems.pdf · официални решения: proletni_2021_11solutions.pdf