Сверь числа и знаки с фото.
- Неоднородное тело (Евсеев А.) Система, состоящая из однородной балки массой \(m\), невесомых нитей и блока, а также неоднородного тела находится в состоянии равновесия (см. рисунок). Балка при этом горизонтальна. Определите, при какой массе \(m_x\) неоднородного тела возможно равновесие. [Рисунок: горизонтальная балка; у левого конца обозначение \(m\); от потолка к балке идёт вертикальная нить; справа у потолка закреплён блок, к которому от правого конца балки идёт нить; ниже — серое тело неправильной формы, соединённое с системой нитями.]
Кратко: \(\frac{m}{4}<m_x<\frac{m}{2}\) — при условии, что по рисунку подвес делит балку в отношении \(1:2\) (слева короткая часть). На границах интервала одна из нитей уже не натянута.
Пусть \(T_1\) — натяжение левой нити, \(T_2\) — правой. По рисунку левое плечо равно \(l\), правое \(2l\). Центр однородной балки находится на расстоянии \(l/2\) справа от точки подвеса.
Для балки записываем правило моментов относительно подвеса: \[ T_1 l+T_2\cdot 2l=mg\cdot \frac{l}{2}. \] То есть \[ T_1+2T_2=\frac{mg}{2}. \tag{1} \]
Неоднородное тело висит на двух нитях, поэтому силы натяжения вверх уравновешивают его вес: \[ T_1+T_2=m_xg. \tag{2} \]
Вычитаем (2) из (1): \[ T_2=\left(\frac{m}{2}-m_x\right)g,\qquad T_1=\left(2m_x-\frac{m}{2}\right)g. \]
Нить может только тянуть, поэтому обе силы должны быть положительными: \[ T_1>0 \Rightarrow m_x>\frac{m}{4}, \] \[ T_2>0 \Rightarrow m_x<\frac{m}{2}. \]
Получаем: \[ \boxed{\frac{m}{4}<m_x<\frac{m}{2}}. \]
Проверка. Если \(m_x=\frac{m}{3}\), то \(T_1=T_2=\frac{mg}{6}\). Это случай, когда центр масс тела находится посередине. Неоднородность тела как раз и позволяет центру масс быть смещённым, поэтому возможен целый диапазон масс, а не одно значение.