Чтобы приподнять однородный стержень длиной 2 метра и массой 100 кг за один из его концов, нужно рассмотреть моменты сил, действующие на стержень вокруг точки опоры.
Для начала определим, где находится центр масс стержня. Поскольку стержень однородный, его центр масс находится посередине, то есть на расстоянии 1 метр от каждого конца стержня.
Когда мы поднимаем стержень за один из его концов, точка опоры будет находиться в том конце, который мы поднимаем. В этом случае стержень будет вращаться вокруг этой точки, и на противоположном конце будет действовать сила тяжести.
Сила тяжести ( F_g ) стержня равна:
[ F_g = m \cdot g ]
где:
- ( m ) — масса стержня, 100 кг,
- ( g ) — ускорение свободного падения, примерно 9.8 м/с².
Тогда:
[ F_g = 100 \, \text{кг} \times 9.8 \, \text{м/с}^2 = 980 \, \text{Н} ]
Для того чтобы поднимать стержень, нужно учитывать моменты сил. Момент силы ( M ) относительно точки опоры равен произведению силы на плечо (расстояние от точки опоры до точки приложения силы).
Центр масс стержня находится на расстоянии 1 метр от точки опоры. Значит, момент силы тяжести ( M_g ) относительно точки опоры равен:
[ M_g = F_g \cdot L ]
где ( L ) — расстояние от точки опоры до центра масс, 1 метр.
Тогда:
[ M_g = 980 \, \text{Н} \times 1 \, \text{м} = 980 \, \text{Н} \cdot \text{м} ]
Чтобы уравновесить этот момент и приподнять стержень, нужно приложить силу ( F ) на другом конце стержня, которая создаст момент силы ( M_F ), равный моменту силы тяжести ( M_g ). Поскольку мы прикладываем силу на расстоянии 2 метра от точки опоры (длина стержня):
[ M_F = F \cdot 2 \, \text{м} ]
Из условия равновесия моментов сил:
[ M_F = M_g ]
[ F \cdot 2 \, \text{м} = 980 \, \text{Н} \cdot \text{м} ]
Отсюда находим силу ( F ):
[ F = \frac{980 \, \text{Н} \cdot \text{м}}{2 \, \text{м}} = 490 \, \text{Н} ]
Таким образом, чтобы приподнять стержень за один из его концов, необходимо приложить силу в 490 Н.