Консультация № 200654
14.04.2021, 23:20
0.00 руб.
0 5 1
Уважаемые эксперты, добрый вечер. Прошу помощи в следующем вопросе.
При какой продолжительности T суток на Земле нить, на которой подвешен груз на широте φ = 30°, образует угол β=30° с осью вращения Земли?

Рассмотрев силы, действующие на подвешенный груз (сила тяжести и сила натяжения нити), я нашёл значение силы натяжения нити

где

Далее воспользовавшись теоремой синусов в треугольнике сил (сила тяжести, сила натяжения нити, результирующая сила, сообщающая центростремительное ускорение) мы сможем выразить центростремительное ускорение через ускорение свободного падения, но из-за получившегося квадратного уравнения получится два значения. Далее, разумеется, не составит труда подставить это значение в формулу выше и выразить Т. Возможно, в моих рассуждениях есть ошибка? Спасибо.

Обсуждение

давно
Посетитель
404962
2
14.04.2021, 23:27
общий
К сожалению, не вставились изображения с формулами.

давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
15.04.2021, 09:01
общий
Я прошу экспертов сообщить сюда, если кто-то уже начал решать эту задачу, дабы сэкономить наше общ время. Иначе я приступлю к ней ч-з 6 часов.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
15.04.2021, 18:49
общий
это ответ
Здравствуйте, vitorio!
Условие : Географическая широта [$966$] = 30°, угол [$946$] = 30° (с осью вращения Земли).
Вычислить продолжительность T суток на Земле для выполнения Условия.

Решение : В задачах с вращением и геометрическим сложением сил надо начинать работу с черчения схематичного рисунка.
На рисунке показываем направления первичных сил : Сила тяжести P = m·g направлена к центру Земли. Центробежная сила вращения
Fц = m·[$969$]2·r оттягивает груз прочь от оси вращения. Здесь [$969$] - угловая скорость вращения Земли;
r = Rз·cos([$966$]) - радиус вращения груза; Rз = 6,37·106 м - радиус Земли;
g = 9,8066 м/сек2 - ускорение земного тяготения.
m - масса груза. Значение массы не влияет на ускорения и на искомый период. Для упрощения промежуточных расчётов удобно задать единичную массу m = 1 кг.

Геометрическая сумма этих сил Fs уравновешивается силой Fн натяжения нити. Fs и Fн находятся на 1 прямой, равны по модулю и противоположно направлены.

Для нахождения геометрической суммы Fs удобно поместить чертёж на координатную плоскость xOy и разложить вектор P на составляющие :
Вектор Px = P·cos([$966$]) [$8776$] 8,5 н направлен влево по рисунку;
Вектор Py = P·sin([$966$]) [$8776$] 4,9 н направлен вниз по рисунку.

Сила Fs тоже состоит их 2х составляющих : Fsx = Px - Fц направлена влево по рисунку;
Fsy = Py направлена вниз по рисунку.
Тогда силу натяжения нити и силу Fs можно вычислить по теореме Пифагора как Fs = [$8730$](Fsx2 + Fsy2) , но она никому не нужна.
Нам важна связь направлений с углом [$946$] , составляем уравнение Fsx = tg([$946$])·Fsy
Вычисления и графо-построения я делаю в удобном приложении Маткад (ссылка) . Маткад работает быстро и избавляет меня от частых ошибок. Маткад-скриншот прилагаю. Я добавил в него подробные комментарии зелёным цветом.

Ответ: чтобы нить с грузом образовала угол [$946$]=30° с осью вращения Земли, Земля должна вращаться с периодом 6202 сек (1,7 час).
5
Спасибо за ответ, Владимир Николаевич.
давно
Посетитель
404962
2
15.04.2021, 23:47
общий
Адресаты:
Спасибо за проделанную работу!
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
16.04.2021, 03:15
общий
Адресаты:
Наздоровье Вам!
Вы разместили свои формулы на файл-обменнике radikal.ru , до невозможности загаженном мерзкой рекламой. Теперь у Вас есть гораздо лучшие варианты : На текущей странице кликните по кнопке вверху-слева с 3х-этажным дефисом. Из выпадающего Главного меню выберите команду "МоиФайлы". Предвари нажмите и удерживайте нажатой клавишу Ctrl , чтоб страница rfpro.ru/upload (Ссылка) открылась на Новой вкладке, а не заменила Вашу рабочую вкладку. На странице МоиФайлы жмите кнопу "ЗагрузкаФайла".

После зангрузки файла Программа Портала возвратит Вам 3 ссылки для считывания Вашего файла. Если Ваш файл - картинка (формула), то выберите формат BBCode . Этот код Вы разместите в текст МиниФорума или Вопроса, и в этом месте браузер отобразит Вашу картинку. Лимит линейного размера картинки - 800 пикс. Если превысите, то браузер распирает экран либо прграмма сервера ужмёт изображение с ухудшением качества.

Также опробуйте ГлавМеню \ ДопСервисы \ Использование BBCode + Использование формул . Потренироваться в написании формул можно на тестовой странице rfpro.ru/forum/20/273/last . =Удачи!
Форма ответа