Toczenie bez poślizgu szpulki po podłożu poziomym
r
a
siła tarcia (statycznego) ma zwrot w lewo, niezależnie od kierunku ruchu szpulki –
zapobiega poślizgowi
kierunek w prawo przyjmujemy za dodatni
równanie ruchu postępowego:
m a = F c α
os
− t
F
(1)
równanie ruchu obrotowego w układzie odniesienia związanym ze środkiem masy (łatwiej r
r
r
r
obliczyć momenty sił, ponieważ R ⊥ F , r ⊥ F
t
)
I ε
0
= τ − τ = R F − r F
F
F
t
(2)
t
⊗
Ÿ
zwrot wektora τ r (momentu siły tarcia) za płaszczyznę rysunku t
F
powodowałby obrót zgodnie ze wskazówkami zegara, tzn. ruch szpulki w prawo zwrot wektora τ r F (momentu siły zewnętrznej) przed płaszczyznę rysunku powodowałby obrót przeciwnie do wskazówek zegara, tzn. ruch szpulki w lewo a
toczenie bez poślizgu – zachodzi zależność a = ε R
→ ε =
R
z (1) obliczamy Ft i podstawiamy do (2): F = F c α
os
− m a
t
(3)
a
I
α
0
= R ( F cos − m a) − r F / ⋅ R
R
I a
cos α
0
= R 2 F
− m R 2 a − R r F
porządkujemy ostatnie równanie ze względu na a a (
2
I + m R ) = R F ( R cos α − r ) 0
R F ( R cos
− r )
a =
α
(4)
2
I +
0
m R
• przeważa moment siły tarcia
r
R cos α − r > 0 → cos α >
, np. α = 0°
R
a > 0 – szpulka toczy się w prawo
• przeważa moment siły zewnętrznej
r
R cos α − r < 0 → cos α <
, np. α = 90°
R
a < 0 – szpulka toczy się w lewo
• momenty siły tarcia i siły zewnętrznej równoważą się r
R cos α − r = 0 → cos α =
R
a = 0 – szpulka pozostaje w spoczynku obliczenie wartości siły tarcia – podstawiamy (4) do (3) R F ( R cos α − r ) F = F cos α − m a = F cos α − m
=
t
2
I + m R
0
2
2
F I
α +
α −
α −
0 cos
F m R cos
m R F cos
m r R F
=
2
I +
0
m R
I
− m r R
0 cos
F =
α
F
t
(5)
I + m R 2
0