Задания
Версия для печати и копирования в MS WordОднородный прямой стержень покоится в гладкой сферической чаше, прикрепленной к полу. На каком рисунке правильно указаны направления обеих сил реакции, действующих со стороны чаши на стержень?
1) 1
2) 2
3) 3
4) 4
Решение.
Силы нормальной реакции опоры всегда направлены перпендикулярно касательной плоскости к соприкасающимся поверхностям в точке касания. Таким образом, «левая» сила реакции опоры должна быть перпендикулярна к касательной, проведенной к чаще в точке опоры, а «правая» сила реакции — перпендикулярна стержню. Силы реакции правильно изображены на рисунке 2.
Ответ: 2.


Уважаемый Алексей! При взаимодействии стержня с какой-либо поверхностью, в общем случае, на стержень со стороны поверхности действует 1) силы реакции опоры, направленные перпендикулярно (по нормали) к касательной плоскости к поверхности в точках соприкосновения поверхности и стержня; 2) силы трения, параллельные к упомянутым касательным плоскостям. Данные силы указанным образом направлены безотносительно к факту равновесия (или неравновесия) стержня. В случае данной задачи, если поверхность гладкая (силой трения можно пренебречь), силы, действующие на стрежень со стороны поверхности – это силы реакции опоры, действующие на стержень в обеих точках касания стержня и поверхности, перпендикулярные к соответствующим касательным плоскостям. Последнее обстоятельство (перпендикулярность сил реакции поверхности чаши к касательным плоскостям в точках соприкосновения стержня и чаши), с учетом приведённых к задаче рисунков, и определяет правильный ответ: 2.
А вот уже положение равновесия стержня находится исходя из 1) равенства нулю равнодействующей сил тяжести и реакций опоры, действующих на стержень; 2) равенства нулю суммы вращательных моментов упомянутых сил относительно выбранной оси. Но это уже отдельная задача.
P.S. К своему предыдущему сообщению добавлю, что в случае присутствия в данной задаче отличных от нуля сил трения, положение равновесия стержня (вообще говоря, даже – область возможных положений равновесия: это не будет единственно допустимое положение равновесия, возможен соответствующий промежуток допустимых значений «равновесных» углов наклона стержня к горизонтальной плоскости, который определяется соответствующим решением данной задача) возможно и при не равенстве нулю сил трения, действующих на стержень, которые параллельны соответствующим касательным плоскостям. По логике же приведённого на сайте решения, составляющие сил взаимодействия стержня и чаши, параллельные касательным плоскостям, приводят к смещению стержня вдоль чащи, что, вообще говоря, не верно.
Условие равновесия стержня определяется вовсе не равенством нулю сил трения, которые будут присутствовать в данном случае и которые будут параллельны соответствующим касательным плоскостям в точках соприкосновения стержня и чащи, а равенством нулю равнодействующих всех сил, действующих на стержень, и суммы вращательных моментов этих сил относительно выбранной оси.
Добрый день!
Полностью согласен со всем выше сказанным. Решение сейчас немного переправлю. Оно было написано таким образом, потому что иногда под силами реакции понимают сумму нормальной силы реакции опоры (которая присутствует в данной задаче) и силы трения между соприкасающимися поверхностями (которой здесь нет). Это просто вопрос терминологии, так как обе силы описывают по сути одно и тоже и имеют одну и туже природу.
Добрый день, Алексей! С переправленным решением согласен. Спасибо за своевременную реакцию.