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 $µ$.
К задаче $2.7.14$
Решение
Запишем уравнения моментов сил, законов Ньютона и кинематики:
$$I\varepsilon =TR-\mu NR$$
$$ma=mgsin\alpha -(T+\mu N)$$
$$N=mgcos\alpha$$
$$\varepsilon R=a$$
$$v=\sqrt{2al}$$
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:
$$I=mR^2$$
Подставим его в уравнение 1:
$$mR^2\varepsilon =R(T-\mu N)$$
Сократим $R$;
$$mR\varepsilon =T-\mu N$$
С учётом уравнений 2 и 4 получаем, выражение:
$$T-\mu N=mgsin\alpha -T-\mu N$$
Выражаем $T$:
$$T=\frac{mgsin\alpha }{2}$$
Зная данное выражение и испоьзуя уравнения 2 и 3, выводим линейное ускорение $a$: