Номер 10, страница 33, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Молекулярная физика и термодинамика. Глава V. Молекулярная физика. Параграф 28. Абсолютная температура и средняя кинетическая энергия молекул - номер 10, страница 33.

Условие.

°10. Почему полоса смещалась при вращении цилиндров?

Решение 2.

Смещение полосы при вращении цилиндров происходит из-за действия силы трения. Для того чтобы полоса смещалась вбок (перпендикулярно направлению своего основного движения), на неё должна действовать результирующая сила в этом поперечном направлении. Эта сила возникает из-за асимметрии в силах трения, приложенных к полосе со стороны цилиндров. Существует несколько возможных причин такой асимметрии:

1. Непараллельность осей цилиндров. Это наиболее вероятная причина. Если оси вращения двух цилиндров не строго параллельны, то векторы линейной скорости точек на поверхности цилиндров будут иметь не только продольную, но и поперечную составляющую. Сила трения, действующая на полосу, сонаправлена с вектором скорости поверхности цилиндра. Из-за непараллельности осей поперечные составляющие сил трения, действующие со стороны верхнего и нижнего цилиндров, не будут уравновешивать друг друга. Возникает результирующая боковая сила, которая и сдвигает полосу в сторону (как правило, в ту сторону, где зазор между осями цилиндров больше).

2. Неидеальная форма цилиндров. Если форма валов отличается от идеально цилиндрической, это также может вызывать боковое смещение.

• Коническая форма: Если цилиндры имеют форму усечённого конуса, полоса будет смещаться в сторону большего диаметра, так как линейная скорость поверхности там выше.
• Бочкообразная форма (выпуклые в центре): В этом случае полоса будет стремиться занять положение в центре, где диаметр (и линейная скорость) максимален. Такая форма используется для самоцентрирования лент в конвейерах.

3. Различие в характеристиках вращения или поверхностей. Небольшая разница в угловых скоростях вращения цилиндров или в коэффициентах трения между полосой и поверхностями цилиндров также может привести к возникновению боковой силы и, как следствие, к смещению полосы.

Таким образом, любое нарушение симметрии в системе "полоса — вращающиеся цилиндры" приводит к появлению неуравновешенной поперечной компоненты силы трения, которая и вызывает боковое смещение полосы.

Ответ: Полоса смещалась из-за возникновения результирующей боковой силы трения. Эта сила появляется, когда нарушается симметрия системы, например, если оси вращения цилиндров не строго параллельны друг другу или если их форма не является идеально цилиндрической. В результате этого поперечные компоненты сил трения, действующих на полосу, не уравновешивают друг друга, что и приводит к её смещению в сторону.