2.7.14∗. На тонкостенный цилиндр намотана нить, конец которой закреплен на стойке так, что при соскальзывании цилиндра с наклонной плоскости нить остается параллельной наклонной плоскости. Какую скорость приобрел цилиндр, если его ось прошла расстояние $l$? Угол наклона плоскости $\alpha$, коэффициент трения между плоскостью и цилиндром $\mu$.
К задаче $2.7.14$
Решение
Запишем уравнения моментов сил, законов Ньютона и кинематики:
$$I\varepsilon =TR-\mu NR\tag{1}$$
$$ma=mg\sin\alpha -(T+\mu N)\tag{2}$$
$$N=mg\cos\alpha\tag{3}$$
$$\varepsilon R=a\tag{4}$$
$$v=\sqrt{2al}\tag{5}$$
Где $I$ — момент инерции цилиндра;
$R$ — радиус цилиндра;
$\varepsilon$ — угловое ускорение цилиндра;
$a$ — линейное ускорение цилиндра;
$v$ — линейная скорость цилиндра, которую требуют найти;
$T$ — сила натяжения нити;
$N$ — сила реакции опоры.
Момент инерции тонкостенного цилиндра выщитывается по формуле:
$$I=mR^2\tag{6}$$
Подставим его в уравнение 1:
$$mR^2\varepsilon =R(T-\mu N)\tag{7}$$
Сократим $R$;
$$mR\varepsilon =T-\mu N\tag{8}$$
С учётом уравнений 2 и 4 получаем, выражение:
$$T-\mu N=mg\sin\alpha -T-\mu N\tag{9}$$
Выражаем $T$:
$$T=\frac{mg\sin\alpha }{2}\tag{10}$$
Зная данное выражение и испоьзуя уравнения 2 и 3, выводим линейное ускорение $a$: