W jaki sposób nauczyć się rozwiązywać zadania z fizyki? - Część 12

Szczegóły

Kategoria: Zadania z fizyki

Opublikowano: środa, 16, listopad 2015 23:55

Autor : Janusz Szcząchor

O mnie:

Nauczyciel w Centrum Nauki i Biznesu ŻAK w Łodzi oddział w Grudziądzu

zadanie nr 2.36, Bogdan Mendel, Janusz Mendel - Zbiór zadań z fizyki,WSiP,Warszawa 1976

Na gładkim poziomym stole leży jednorodna listewka AC. Do końca C listewki przyłożona jest stała siła F = 1.8N (rys. 2.14). Jaką siłą działa odcinek AB = 0,8 AC tej listewki na jej odcinek BC?

Rozwiązanie

Zadanie zostało oznaczone gwiazdką, co należy rozumieć, że jest trudne. Jednak nie jest trudne, jeżeli dysponujesz wyobraźnią. Z treści zadania należy zrozumieć (domyśleć się), że listewka AC jakby jest podzielona na część AB i BC.

Zatem podzielmy listewkę w ten sposób i faktyczne materiałowe połączenie zastąpmy nieważką nitką. Nie zmienia to sytuacji fizycznej, a umożliwia przy pewnym założeniu rzeczywiste rozwiązanie zadania (patrz rysunek nr 1). Polega ono na żądaniu, aby nitka dawała taki sam skutek działania sił jak w połączeniu materiałowym, czyli żeby obie części listewki miały to samo przyspieszenie.

Stąd (zgodnie z powyższym założeniem) cała listewka pod wpływem stałej siły F porusza się z przyspieszeniem, które oznaczymy a. Jej masę oznaczmy jako m, a ponieważ listewka jest jednorodna, stąd masa części AB to 0.8 m oraz BC to 0.2 m.

Części listewki AB i BC, zgodnie z III zasadą dynamiki Newtona, działają na siebie siłami F₁ w ten sposób, że część BC ciągnie tą siłą część AB, a część AB hamuje tą siłą część BC. Zatem I zasada dynamiki Newtona dla części AB listewki przybiera postać

F₁ = (4/5)ma , (1)

oraz dla części BC

F - F₁ = (1/5)ma . (2)

Dodając do siebie stronami (1) i (2) dostajemy oczywistą równość

F = ma . (3)

Zatem wstawiając (3) do (1) dostajemy, że

F₁ = (4/5)·1.8 N = 1.44 N .

I taka jest odpowiedź do zadania. Zwrot siły, którą część AB działa na część BC listewki jest oczywiście przeciwny do F.