Загадка кирпича
2023 ж. 27 Қар.
89 440 Рет қаралды
Какая половина кирпича сильнее давит на наклонную плоскость: передняя по наклону или задняя? Эта простая на первый взгляд школьная задача при более подробном рассмотрении оказывается совсем не простой.
Ключевые слова: сила трения, реакция опоры, момент силы, статически неопределимая система.
Наш канал с дополнительными материалами
t.me/getaclass_channel
Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ
www.nsu.ru/
Никак не могу определиться, кто из ведущих играет роль "плохого физика" , а кто "хорощего". Но главное что молодежь должна вынести из данного ролика - что не каждая постановка задачи является корректной. И надо научиться самостоятельно определять границы применимости модели.
Один играет физика, а второй инженера, который одёргивает физика и говорит что мир не идеален.
@@darkfrei2 оба "обманывают")))
Оба плохого
Оба они правы, а все дело в некорректности поставленного вопроса, ведь давят не "половинки", а неравные части кирпича.
@@user-mk4xc8xn6f ну - подстава ... Смотрел, чтоб ответ узанать, а тут наеборот - нагрузили ...🤦🏿♂️🤣
сразу старый анекдот вспомнился, куда заяц бежит когда перемещается по лесу? До половины он бежит в лес, после половины он бежит из лесу :)
Можно пояснение?)
@@user-ic2ym7bo8i если ещё упростить, то приближаясь к центру леса он "бежит в лес", удаляясь от него он "бежит из леса".
@@user-ic2ym7bo8i там не сложно. Первая половина леса (пути зайца), а вторая из леса
@@user-ic2ym7bo8i Да тут кирпич на две половины явно разделен, обговаривают где у него перед а где задняя часть Вот и подумалось.. что передняя часть до одной половины кирпича задняя после половины до другой стенки :)
заяц по кругу бегает
8:39 - Верхняя половина кирпича будет частично опираться на нижнюю, передавая той часть силы тяжести, действующей на неё. Можно разделить кирпич иным образом: От середины основания провести линию вертикально вверх. Получится две неравные части, вес которых отличается тем больше, чем больше наклон.
Согласен, что у верхнего кирпича будет две наклонные опоры. Специально искал такой ответ, прежде чем писать самостоятельно 🙂
Это и есть правильое решение.
С языка снал.
Действительно, надо у шкафа края вертикально отрезать, и у верхнего носильщика пропадает часть груза, а у нижнего соответственно добавляется. А они держат шкаф в руках (маленькие горизонтальные площадки).
Да, как бы образуется треугольник у верхней части, который давит на нижнюю. Получается система из неравных тел в виде трапеций.
Интересная задачка! Помню, из-за нужды носить тяжёлые штуки в походах сам приходил к задаче с двумя грузчиками. В задаче о грузчиках есть ещё одно любопытное соображение: чтобы лучше развить интуицию, можно представить предельный случай: если дальше наклонять шкаф, то в какой-то момент передний грузчик будет держать весь его вес, а второй - просто придерживать шкаф, не давая ему завалиться вбок.
Ваш верхний грузчик лентяй ) Ему стоит приделать ручки за которые он буде тянуть груз вверх, тогда нижний грузчик может только поддерживать груз в вертикальном положении. В задаче плоскость едина и общий вес (сила) прикладываемая на неё одинакова. Зафиксируйте эту плоскость на весах в центре тяжести и взвесьте обе половинки, результат будет одинаковым.
@@MrZaduvalo Видимо, дело в том, что (7:15) при максимальном наклоне шкафа, на нижнего грузчика взваливается груз с преобладающей _вертикальной_ компонентой, а верхний грузчик (чтобы смочь компенсировать нагрузку), должен не просто "придерживать", а "прилагать момент" к своей точке удерживания (причём - в противоположном направлении - влево). Ну а поскольку таких ручек с "прилаганием момента" и с удобных хватом - нет, то ничего не остаётся, кроме как "кряхтеть" нижнему грузчику. Ну и меняться местами время от времени, если далеко нести.
Если смотрим на наш кирпич сбоку, и представляем себе (ну или проводим на рисунке) две вертикальные линии по краям пятна контакта спереди и сзади, то увидим, что относительно передней вертикальной линии у кирпича есть треугольничек, выступающий вперед за пределы пятна контакта (и его площадь будет расти с ростом уклона вплоть до предельных ста процентов при крайней ситуации - угле наклона в 90 градусов). Теперь этот треугольник отрезаем по этой вертикальной линии и приклеиваем к задней части кирпича. Вот эта площадь и "смещается" вперед при уклоне и дает неравномерность давления на поверхность. Если же передний и задний торцы кирпича сразу изготовить с уклоном, обратным, но равным по величине уклону горки, то тогда давление и будет равномерным. Если же при обычном кирпиче и чрезвычайно длинной горке таки увеличивать и увеличивать уклон, то сперва в какой то момент кирпич станет сползать, но потом, при дальнейшем росте угла, он рано или поздно начнет перекатываться, то есть возникнет отрыв всей задней части и перенос всего веса на одну точку - на передний нижний угол кирпича.
подобным образом работает система балансировки кузова высокоскоростного поезда, чтобы уравновесить нагрузку на обоих сторонах при прохождении кривых)
Красавелло!!!!
Ваше описание скорее более близко к описанию устойчивости тела в зависимости от перемещения проекции точки центра масс за периметр проекции ядра сечения на основании.))
Тоесть момент тоже есть. Хотя нас пытались от него отвлечь.
@@user-fg3ke1dr8f , да-да. Он самый -- опрокидывающий момент. ))
У нижней части выступание за вертикаль, отсюда дополнительный момент, который необходимо скомпенсировать большей реакцией на опоре.
если проще то точка центра опоры сдвинута по отношению к проекции центра масс
@@denismyvideo Если мысленно увеличить высоту кирпича до величины, когда вертикаль, проходящая через ц.м. кирпича, пройдет через переднюю (нижнюю) кромку кирпича, то вся масса будет опираться на эту кромку. И наоборот, если мы уменьшим высоту кирпича до малой величины, кирпич будет опираться на поверхность всей своей прилегающей плоскостью равномерно.
@@user-yo2rc7dq3m в первом случае произойдет опрокидование, а второй случай недостижим
Если добавленная связь двух половинок не параллельна наклонной плоскости, то она может изменять силы реакции опоры. Это особенно наглядно, если в качестве связи использовать не невесомый стерженек, а пружинку. Я восхищен плодотворностью вашей работы. Как много вы успеваете, какие интересные сюжеты предлагаете, как красиво сочетаете эксперимент и теорию.
Понятное дело, что нижняя часть сильнее давит. Она же ближе к земле, а значит гравитация там больше. Профит! :-) СПАСИБО!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 🙂
с чего вывод? разделите кирпич по центру масс, и вы измените свое мнение.
Совсем с ума сошел, прицепив гравитацию.
@@DmitriyBril на нижнюю половину разделенного кирпича гравитация будет действовать сильнее. товарищ прав.:)
@@user-cr3nb5dh1i а причем тут гравитация, согласно ей кирпич должен был скатится, здесь главнее сила трения.
если они разрезаны и не соприкасаются да нижний будет сильнее похоже
Корень парадокса в том, что он рассматривает силы деформации в недеформируемых объектах. Хотя все объекты под нагрузкой хоть на микроны, но дефрмируются, силы связи между атомами не бесконечные. Таким образом если стукнуть по лежащему на склоне кирпичу молотком, разбив его на две одинаковые половинки, толщина трещины не будет бесконечно малой, она чуть-чуть раскроется сверху. И даже если аккуратно залить трещину суперклеем, форма трещины оставит профиль давления на низ кирпича как у двух половнок кирпичей. Снизу в комментариях предложили отличный опыт для следующего видео - заморозить желе в форме кирпича, положить его на наклонную плоскость и аккуратно разрезать пополам. После чего посмотреть какая будет форма у раскрывшегося разреза.
_Если в последнем эксперименте учитывать историю создания модели (загружения), то ничего не изменится (с точки зрения реакций). Т.к. невесомая связь прикладывается к уравновешенной системе. Например: растянуть пружину и ввести связь бесконечной жесткости между витками. Пружина будет ровно в таком же растянутом состоянии на всем протяжении.
@@ctpcadна деле связь не нужна, а верхняя половина давит на нижнюю, так как прилегает плотнее или так же, чем к наклонно плоскости. Вот и все дела.
Половина будет квадратной и укатится, т.к. известно что квадратное катится лучше
Совершенно верно, и на мой взгляд. При интегральном подходе видно, что каждая частица массы находится в равновесном и напряженнном состоянии. При разрыве связи в одном месте происходит перераспределение маленьких сил. (то есть сила к площадке). Частицы сдвинутся , эпюры сил должны переходить через ноль. Для эксперимента еще можно взять кирпич с трещиной сверху и замерить деформацию.
Так и есть. Это сопромат. Что бы посчитать разницу надо знать коэффициент упругости кирпича .
Дело в том, что появление невесомой связи не превращает два кирпича в один. Внутри полного кирпича действуют силы сжатия. Верхние слои кирпича воздействуют на нижние. Предлагаю Вам разделить кирпич на два полкирпича по горизонтальной плоскости, и многое станет понятно. В идеале нужно разделить этот кирпич на много одинаковых по размеру частей, и рассмотреть силу реакции опоры на вес каждой этой части
реально жёсткая, но нереально невесомая - будет передавать и такие упругие силы
шикарная дискуссия, спасибо!
Браво, прекрасный научный диспут двух умных людей!)
Спасибо вам за интересный контент, подаваемый в таком простом виде!
Очень весело обьясняете, очень приятно ❤❤❤
Совсем кратко: упустили тот момент, что второй будет давить на первый кирпич, упираясь..
Но ведь по условию задачи сила трения такова, что он не будет съезжать, а значит и давить не будет на нижнюю половину кирпича
@@user-gd7jl3bl5h Будет давить. Он же не бесконечно-тонкий. Распределение сил ВНУТРИ целого кирпича будет совсем иным, нежели у разрезанного пополам.
У нас в школе была такая задача, но в формулировке: "кто на кого давит: верхняя половинка кирпича на нижнюю или наоборот?" И верные рассуждения приводили к противоположным ответам. От чего правильным был ответ "в зависимости от доп. условий"
Любопытно
Так они друг на друга давят одинаковой силой (c)Newton Если вопрос, кто первый начал, то ответ - Земля со своей гравитацией
В мысленном эксперименте с разрезанием кирпича всё верно, если мы считаем, что кирпич сделан из недеформируемого материала. В реальном мире в дело вступает теория упругости, и мы должны учитывать, что кирпич при постановке на наклонную плоскость деформируется и уже не будет иметь форму прямоугольника (в первом приближении примет форму параллелограмма). Нагляднее всего неправомерность рассуждения про деформацию видно, если взять "узкий" кирпич - такой, что сам по себе он будет устойчиво стоять на наклонной плоскости, а при разрезании пополам - у каждой из его половин центр масс окажется за пределами крайних точек опоры в горизонтальной проекции => каждая такая половина должна упасть (что подтверждает наличие упругих сил на поверхности их стыка)
Однозначно подписка лайк и комент. Заставляет задуматься даже опытного инженера-строителя.
Спасибо!
Ёлки-палки. Ваши ролики всё больше напоминают загадки! Я начинал смотреть Вас, когда каждый ролик давал ответ!
Кто шарит тот и так знает, а тот кто хотел разобраться уйдёт растерянным. Большое количество комментов для канала хорошо, но и про изначальную идею не стоит забывать. Даже если в комментариях дадут правильный ответ ребенок не сможет его уверенно определить. Но, в меру, конечно надо подталкивать искать самим.
Спасибо!!!
Не нужно векторов, нужно два человека которые поднимают тяжелую коробку по лестнице)))
Тяжелее тому, кто сверху
@@user-hk7xv9iu3v тяжелее держать сверху. Тяжелее снизу, это очевидно
Наверно, верхняя часть целого кирпича давит на нижнюю в плоскости мысленного разреза за счет деформации. Если кирпич разрезать, образовавшиеся поверхности сместятся вдоль друг друга, а на верхней грани получится ступенька
ты уверен, что именно давит, а не растягивает?
Вот это диалог (:
Надо разделить кирпич на множество тонких вертикальных линий начиная от места соприкосновения с поверхностью наклона, и мы увидим что самая нижняя точка получится в форме треугольника, а все остальные линии за ней будут иметь одинаковую длину какаое то время и затем будут становиться все меньше. Это покажет на какую точку давит какая масса кирпича.
над формулировкой надо поработать, а то разрыв мозга ) "точка в форме треугольника" сравнивается с "остальными линиями" (остальными означает, что точка мало того, что в форме треугольника, но одновременно и в форме линии, што?!)
@@pants-on-head4368 Имеется в виду точка соприкосновения кирпича с поверхностью. Я написал вместо пяти слов одно, потому что думал это должно быть понятно всем, кто увлекается такими видео, но судя по всему нет)) Поэтому перефразирую что "точка в форме треугольника" это "над самой нижней точкой соприкосновения кирпича с поверхностью, разрез кирпича получается в форме треугольника"
@@ukropitec1449 да принцип-то я понял, конечно )
В последней задаче вопрос будет не в том, будут ли равны силы реакции опоры для двух половин, а в том, куда будет приложена их равнодействующая. Если принять, что в каждой из половинок до наложения связи равнодействующая проходила левее центра кирпичей, то после наложения (например склеивания) равнодействующая двух половинок пройдет левее линии раздела.
Стремящимся разобраться в вопросе и тяготеющим к опыту, а не только теории предлагаю взять фбс (килограммов так в 500), поместить на наклонную плоскость и поочередно, приподняв то нижний край, то верхний, подсунуть под фбс стопу - где будет больнее, там прилагаемая сила фбс на плоскость будет больше 😊
Наверно необходимо задачу решать не в виде векторов.. Т.е. учитывать площадь фигуры (объём тела), обрезанную вертикальными линиями. И как написали в одном комментарии ранее, при наклоне плоскости настанет момент, когда весь вес кирпича придётся на один нижний угол.
Что бы рампределить массу нужно весы не под нижний угол подложить а под верхний справа😊
Антон Вебер, ты нам нужен)
Идеальные учителя. С доброй хитрецой ;)
Ваш вращающий момент, из первой части ролика, с верхнего кирпича передается на нижний, подгружая его через "невесомую связь", чем больше угол наклона, тем больше этот вращающий момент, вплоть до опрокидывания(как только проекция центра масс выйдет за крайнюю, нижнюю по склону точку, кирпича)
А вы не связывайте невесомой связью, а положите верхнюю половину в выемку, образованную опорой и нижней половиной кирпича. Тогда верхняя половина будет опираться не только на поверхность но и на нижнюю, а нижняя, соответственно, испытывать больше противодействие от опоры.
Слушайте, отличный ролик получился. Я ответа не знаю, но точно скажу, что шкаф снизу нести тяжелее.
Отличный урок на тему того, что от правильности постановки задачи будет правильность решения. Решение - нужно кирпич резать не перпендикулярно оси наклона, а вдоль действующей силы тяжести. Получится внизу избыток массы, сзади дефицит. Спасибо Вам учителя ФТ.
Вы становитесь на опасную стезю -мол решение ЗАВИСИТ от "правильности постановки", т.е. от формулировок. Мне же кажется, что в физика есть сама по себе, и ее законы, решения и ответы также уже заложены в ней, не зависимо от нашего умения "правильно" формулировать. Как вода сама находит дырочку, так и кирпич, стоящий на наклонной плоскости, уже в момент его установки, сам, немедленно давить на плоскость, КАК БЫ мы не формулировали. Т.е. я хочу сказать, что физика не зависит от наших подходов - она есть сама по себе.
@@viktorsd8301 , контекст не уловили. В физике - да, соглашусь. Есть природа и какой бы неправильный ответ не получил решающий, кирпич будет давить по законам природы независимо от умственных способностей решающего. И соответственно правильный ответ решающий получит только если правильно опишет условие и законы. А вот вне физики нет того самого закона природы, который будет эталоном и решающий никогда не узнает: правильно он решил задачу или нет. А результат решения всё равно также будет зависеть от правильности описания условий и законов.
Да, создание модели это тоже задача непростая, ведь что - то отбрасывают при этом. @@KostsovKonstantin
@@KostsovKonstantin Зачем делить на В ФИЗИКЕ и ВНЕ ФИЗИКИ? Внимательно посмотрите исходный вопрос - какая половина кирпича больше давит? Все режут кирпич на дольки, рисуют под ним шероховатости, стрелки переставляют. А надо резать наклонную плоскость по середине кирпича и тензометрами определять ОТВЕТ именно перпендикулярно плоскости. А для полного счастья построить график - от горизонтали, когда наклон = 0 град. и обе площадки равнонадавлены, до 90 град, когда давление на обеих равно 0. А уж там нависает ли угол, или больше наклон - датчики покажут.
@@viktorsd8301 , потому что физика - плод философии. Я в рамках философии. Я ответил на исходный вопрос.
🙂а это интересно! обыгранно классна, спасибо!
Чтобы носильщики были одинаково нагружены от груза формой с кирпич (прямоугольный параллелепипед), надо нижнему носильщику браться за симметричную точку - за верхний угол, тогда плечи моментов сил будут одинаковые, а значит и нагрузка на руки будет одинаковая. Но когда и нижний грузчик берётся за нижний угол "кирпича", как и верхний грузчик, то его плечо меньше, чем у верхнего грузчика. Смотрите внимательней на схему сил. Сила тяжести направленна вертикально и нагрузки на руки тоже должны быть вертикальными, если браться за верёвки, а не жестко за угол как попало, отчего непринужденно верхний грузчик ещё и давит вдоль груза на нижнего, чтобы груз не выскальзывал из-за момента силы тяжести ! Подобная картина объясняет разные нагрузки на весах - плечи установленны не корректно, не одинаковые, отсюда и заблуждения. Любой симметричный предмет, подвешенный за ось, проходящую через ось симметрии тела, находится в равновесии в ЛЮБОМ положении : хоть горизонтально в своем продольном направлении, хоть под любым углом. Это значит, что две половины равнозначны в своем действии в симметричных точках. Кирпич (жесткий, а не как холодец ! ) на наклонной доске находится в статическом состоянии, когда силы трения уравновешивают продольную составляющую силы тяжести кирпича, являющейся частью от всей реакции опоры (нормальной и продольной), то и силы давления (поперечная составляющая силы тяжести кирпича) на доску будут одинаковые по всей длине, поскольку сила трения скольжения не позволяет слоям кирпича и всему кирпичу двигаться вдоль доски. Поэтому необходимо оговаривать условие : кирпич настолько жесткий, что в момент укладывания кирпича на доску его внутренние напряжения более не позволяют верхним слоям давить на нижние и деформация (микросмещения) прекратилась, а все смешения уравновесились внутренним трением и трением всего кирпича о доску, в которой также все деформации прекратились - наступила идеальная статика, тела кирпича и доски жесткие, поверхности ровные и в итоге наступает равномерно убывающее к верху давление и нагружение, с учетом веса углов - у нижней половины дополнительный, у верхней половины отсутствующий из-за наклона фигуры кирпича, которые создают опрокидывающий момент силы относительно центральной точки в основании кирпича. Из-за наклона сила тяжести проходит ближе к нижнему концу кирпича.
Связь должна быть без шарниров, чтобы передавать не только усилие, но и момент силы. Место возникновения реакции опоры верхнего груза можно обозначить скользящим шарниром, а нижнее усилие простым шарниром. Тогда усилия перераспределятся. Можно заметить что, чем больше угол наклона, тем большая часть усилия будет приходиться на нижнюю часть груза. При приближении к 90 градусам усилие от верхней части будет стремиться к нулю.
от передней части кирпича с нижнего угла вверх прочертите линию с углом равным углу наклона плоскости на которой стоит кирпич, это и будет та часть кирпича которая создает неравенство двух равных частей кирпича в данной ситуации. и если отпилить эту часть кирпича то оставшаяся часть будет давить на наклонную плоскость с одинаковым усилием по все длине соприкосновения, с учетом что поверхности ровные.
_Типичная задача с неполными исходными данными, которые можно бесконечно уточнять и получать противоположные ответы. Предел школьной физики (механики) - "сферический конь в вакууме": трения нет (или идеальное), бесконечная или конечная (идеальная) упругость материалов и т.п. Необходимо обозначить все влияющие начальные условия, а затем браться за решение. Иначе получается "переобувка" в прыжке. _Если в последнем эксперименте учитывать историю создания модели (загружения), то ничего не изменится (с точки зрения реакций). Т.к. невесомая связь прикладывается к уравновешенной системе. Например: растянуть пружину и ввести связь бесконечной жесткости между витками. Пружина будет ровно в таком же растянутом состоянии на всем протяжении. (и это опять при некоторых принятых начальных предположениях, а не всегда)
Представте что кирпичь сделан из стекла и внутри пустой. Начните заливать в него воду, и сразу будет визуально понятно как будет перетекать масс в вес на разные точки до полного наполнения кирпича водой. Простыми словами нужно от всех углов провести вертикальные лучи которые образуют треугольники на краях кирпича.
Есть разница между давлением НА переднюю или заднюю часть опоры и давлением передНЕЙ или задНЕЙ части кирпича.
Спасибо учёные мужи за ваш реально полезный труд! Ваши видео заинтересовали сына и теперь у него твёрдая 4 по физике. После просмотра "документалки" сын задал мне вопрос а ответа я не знаю, помогите. Вопрос в следующем, тучи состоят по идее из воды, а вода гасит заряды. Как тогда в тучах образуется молния? И где в туче находится "конденсатор" для накопления огромного заряда? Такой мне сын задал вопрос.
У бруска равные передняя и задняя часть. Но 😊сила тяжести направлена вертикально вниз, вот из точки деления кирпича и проведения перпендикуляр к земной поверхности и увидим, что передняя часть окажется тем больше задней, чем круче наклон. Момент кстати тоже есть и при хорошем сцеплении и при увеличении наклона, кирпич кувыркнëтся. Хотя врядли до этого дойдёт.
Всё очень просто. Так как кирпич объёмный, то он неодинаково давит на плоскость. На 1:50 все силы размещены правильно. Вектор силы тяжести смещен левее относительно середины основания кирпича, а значит нижняя часть оказывает большее давление. Давление кирпича на плоскость была бы одинаковой в двух случаях: 1. Он в форме прямоугольного параллелепипеда, но идеально плоский, т.е. его высота по отношению к длине была бы на несколько порядков меньше, например 1 сантиметр на 1 метр. Тогда вектор силы тяжести от центра масс был бы сдвинут менее чем на 1% от центра длины основания. И разность давления была бы лишь погрешностью. 2. Он в форме наклонного параллелепипеда с тем условием, что его торцы параллельны вектору силы тяжести. В этом варианте вообще различий быть не может при условии равномерности пятна контакта. И да, на этом рисунке кирпич должен вращаться, но момент при небольшой высоте незначителен, а при увеличении высоты кирпича, или увеличении уклона- кирпич обязательно кувырнётся. Самый простой опыт из двух частей: 1. Положите кирпич плашмя на горизонтальную доску и медленно поднимайте один конец доски, создавая и увеличивая уклон. При достижении определенного уклона, сила трения уже не сможет удерживать кирпич и он начнёт скользить по доске. 2. Поставьте кирпич торцом на доску и также начинайте создавать уклон. И тогда кирпич не будет скользить, просто начнёт кувыркаться. Так что кирпич или шкаф оказывают на нижнюю опору больше давление так как пересечение силы тяжести с поверхностью смещено ближе к этой опоре.
1) Подмена понятий, 7:10 давление ОТДЕЛЬНЫХ зон параллелепипеда, а 8:25 - ОБЩЕЕ давление обоих параллелепипедов равное, НО в каждом разрезанном параллелепипеде передняя часть давит сильнее, и для примера 7:10 при разрезе пополам, на переднюю опору половины кирпича будет 7Н, на заднюю опору 3Н, и это ДЛЯ СЛУЧАЯ НА ДВУХ ОПОРАХ. Для кирпича на плоскости немного другая история) 2) В цельном кирпиче силы давления первой половины так же передаются на заднюю опору, а задней части на переднюю. Добавляя передней и задней опорам по 5Н. ЭТО при двух опорах!!! 3) Если кирпич лежит на наклонной поверхности в состоянии покоя, то задняя часть и не влияет на переднюю, поэтому на самом деле распределение давления не будет 12Н и 8Н( 7:10 ), а сильно "размазано" по площади касания с небольшим смещением в переднюю зону. 4) Но есть еще деформации, поэтому на самом деле задняя часть чу-чуть влияет на переднюю. Поэтому на самом деле в цельном кирпиче есть изгиб. А в случае разрезанного каждый из них уже немного наклонен вперед, поэтому добавляя связь мы не изменим распределение. Для появления сил взаимного влияния нужно переднюю часть задней половинки приподнять, выравнивая с передней, тогда и появятся моменты вращения, перераспределяя давление по зонам. Но это давление будет очень немного различаться для передней и задней частей, как на двух опорах 7:10 12Н к 8Н
месяц назад перетаскал несколько кубов половых досок. почувствовал, так сказать, на себе все прелести физики. удобно быть высоким в этом случае. и первым идти вверх по лестнице.
Связь между частями кирпича шарнирная, получается перенос набора частей кирпича. Поэтому момент не передаётся. Когда спускаешься с горки на мотоцикле передний тормоз нельзя пережимать - полетишь, сцепление переднего колеса с грунтом намного больше заднего. Заднее колесо можно заблокировать и безопасно съехать без опрокидывания. Однозначно - передняя половина нагружена больше задней.
Целый кирпич пытается опрокинуться, из-за чего его задняя часть начинает меньше давить на поверхность. То же самое будет, если кирпич разделить на двое. Каждая из половинок будет пытаться опрокинуться, из-за чего задняя часть каждой половинки будет меньше давить на поверхность, но в целом обе части будут одинаково давить на поверхность. Т.е. пока кирпич цел, задняя часть меньше давит на поверхность, а стоит разделить, то станут одинаково давить. Когда кирпич целый, то момент силы тяжести (относительно нижней точки соприкосновения обеих частей) пытается повернуть кирпич по часовой стрелке, из-за чего кирпич незначительно поворачивается по часовой стрелке (его передняя часть сильнее вдавливается в поверхность), а из-за того, что кирпич является твердым нераздельным телом, то задняя часть наоборот приподнимается, что приводит к уменьшению давления на поверхность.
Можно еще попробовать представить кирпич в виде стеклянного параллелепипеда заполненного жидкостью и делать выводы относительно действия гидростатического давления. условия однородности состава "кирпича" и сила трения уже не будут так влиять на общую картину размышлений.
Простая задачка. Нужно провести линию от нижнего центра кирпича вертикально вверх и сравнить получившиеся части ;)
Нижняя, т. к. если рассмотреть правило моментов относительно оси вращения, проходящей горизонтально через центр тяжести кирпича, то можно убедиться, что при равновесии сила нормальной реакции опоры должна быть смещена вниз (хотя её схематично во многих учебных пособиях изображают на прямой проходящей через центр тяжести). Отсюда можно сделать вывод, что вес тела по поверхности соприкосновения распределён не равномерно. Такая же ситуация и с катящийся колесом.
Давление (по нормали) и сила трения больше снизу. Верхняя половинка кирпича ещё и опирается на нижнюю. Поэтому нижней половинке приходится сильней давить на опору.
Классный канал и ведущие клевые
Результаты моделирования в студию.
Если силу тяжести разложить на нормальную и паралельную силы относительно наклонной поверхности, то параллельная составляющая силы тяжести будет создавать момент относительно наклонной поверхности равный произведению значения высоты до ц.т. кирпича на паралельную составляющую силы тяжести. Если полученное произведение разделить на длинну кирпича, то мы получим пару сил одна из которых прижимает самую нижнию точку кирпича, а вторая сила отрывает верхную точку кирпича. Таким образом опорная репкция для нижней точки будет равна нормальной проекции силы тяжести деленой на два + сила от момента, для верхней тоже самое но минус сила от момента.
Дело не в весе связующего звена, а в передаче момента силы.
вы видели где автор ролика лайк поставил, под каким коментом. они хотят желе заморозить, что бы подтвердить свой опыт. Абсурд, кирпич не деформируется от таких нагрузок. Это смешно.
@@DmitriyBril Я, наверное, скажу что-то для вас новое, но в реальном мире деформируется всё. Вопрос лишь в величине этой деформации. Я как-то натыкался на видео, где из керамической или каменной плитки делали пружину, разрезав её по спирали. Плитка, разрезанная таким образом, вытягивалась сантиметров на двадцать, а то и больше, просто за счёт того, что область деформации сильно увеличивалась. Найти снова, к сожалению, не могу. Самый простой пример деформации от малых сил можно увидеть, взяв в руки цифровой штангенциркуль. Смыкаем губки, обнуляем показания. Затем просто нажатием пальца сдавливаем штангель. У меня вышло продавить на 0,04мм, хотя визуально он не деформировался. Для передачи силы не особо важна величина деформации. Главное, чтобы жёсткость "передающего" объекта была меньше или равна оной у "принимающего". Т.е. если на наклонную плоскость положить вплотную куб из желе и куб из стали, то желейный, будучи выше, перераспределит часть своего веса на стальной. А стальной, если их поменять местами, - нет. Просто потому, что его деформация будет меньше и образуется расходящаяся щель.
@@MrakIWolf Хорошо хорошо, я вам верю, но в данном примере с кирпичом как деформация существенно повлияет на результат? Да ни как, нули, и то и сотые с тысячными единицами, я серьезно, деформация кирпича при его наклоне тут не в какие ворота. Для Эйфелевой башни, Колизея. пожалуйста, но не здесь.
@@DmitriyBril Деформация кирпича, при условии, что между двумя половинками кирпича сохраняется плотный контакт, позволит верхней половине опереться на нижнюю, создав между прилегающими поверхностями силу реакции опоры. И масштабы тут влияют только на то, что в реальном кирпиче две половинки с меньшей вероятностью сохранят плотный контакт, чем в "увеличенном". Если при расколе и последующей "сборке" кирпича ширина трещины будет меньше, чем величина деформации при наклоне, то сила будет передаваться. В околоидеальных условиях будет достаточно деформации на сопоставимую с размером атома величину.
Деформация может и мала (потому что она порядка "сила/жесткость"), но возникающие из-за неё силы - нет (потому что они порядка "деформация*жесткость"). Откуда берётся сила нижней половины кирпича, поддерживающей верхнюю, так что верхняя не проваливается сквозь нее? От того, что кирпич вертикально сжимается и возникают силы упругости. То есть деформации, вызванные силами данного порядка, порождают силы такого же порядка (тавтология практически). Поэтому нельзя отмахиваться от деформаций на основании того, что смещения малы, силы-то из за них нормальной величины.
Мне сложно понять принцип расстановки сил и моментов, а без этого я безоружен перед школьными задачами, хотя я люблю физику и постоянный зритель канала
Ожидаю Ваш ролик про кирпич брошенный спортсменом с заданным вращение по спирали!
если поставить кирпич торчком (для наглядности), да еще на наклонную плоскость, то можно найти момент баланса, когда весь вес прикладывается к одному ребру. соответственно, другое будет вообще без нагрузки. таки да, на наклонной плоскости вес не распределяется равномерно по площади опоры. разделенный кирпич не имеет внутренних общих напряжений, которые переносят всё усилие на одну грань. А у каждой половинки будут свои собственные силы (сжатия и растяжения) внутри.
ну все, теперь если и буду таскать что-то по лестницам, то только сверху)
Вот это батл. Чуть не подрались из-за воображаемого кирпича.
Если Вы бывали на других каналах, то здеь никто никого, вроде, не называет никак. Боты не придут, патриотам делать нечего.
В сопромате есть так называемый метод сечений - когда тело мысленно разделяется на две части с приложением внутренних силовых факторов (продольная сила, перезывающая сила (поперечная) и момент) с которыми друг на друга действуют отброшенные части. При этом направления этих сил на отброшенных частях противоположные по знаку что следует из уравнения равновесия (3 закон Ньютона)..так вот перерезывающая сила (совпадает с силой реакции опоры ) на верхнем отброшенном кирпиче сонаправлена с силой реакцией опоры а в нижнем противоположно направлена что следует из 3 закаона Ньютона...что и приводит к тому что реакция опоры в нижнем отброшенном кирпиче (мысленно, по факту они остаются связанными) будет больше чем в верхнем. Если их действительно разделить верхнюю и нижнюю часть (или связь сделать шарнирной где допускается поворот - как похоже на модели в видео) то эта перерезывающая сила пропадает (и крутящий момент тоже) и силы реакции в верхней и нижней части совпадют что также следует из уравнения равновесия (1 закон Ньютона)
Под действием внешних сил на жесткое тело, в нем возникают напряжения (усилия, моменты) которые препятствуют изменению его формы (по другому внутренние связи) ...чтобы исключался поворот твердого тела (в плоскости) нужно наложить обязательно 3 связи ...которыми являются 2 усилия и момент - они исключают перемещения в 2 ух направлениях и вращение. Так вот, если разрезать тело - то пропадают эти силы...что и приводит к тому что верхняя и нижняя часть начинают давить одинаково (из уравнений равновесия...1 закон Ньютона)
Просто берем и уравновешиваем кирпич по примеру коромысла и смотрим куда приходит точка равновесия - в центр, в нижний или верхний край. Точка равновесия - это точка, куда давит весь вес и естесственно она в нижней части кирпича (отвесно от центра масс).
"...все мозги разбил на части, все извилины заплёл. И канатчиковы власти Колют нам второй укол" (с)
Дякую, цікаво
В случае если элемент крепления соединен с кирпичами шарнирно (есть только продольная связь) верхний кирпич и нижний кирпич давят на плоскость одинаково - это следует из уравнений равновесия верхнего и нижнего кирпичей на ось нормальную к наклонной плоскости. Когда связь жесткая - то к уравнениям равновесия (разрывая связь между кирпичами) надо добавить три неизвестных усилия которые заменяют связь: продольное усилие, поперечное и момент (с такими усилиями взаимодействуют отброшенные части друг на друга (3 закон н)).Получается статически неопределимая система. Тем не менее, анализируя уравнения равновесия отброшенных частей, видно что поперечные силы в одном кирпиче сонаправлены с силой реакции опоры а в другом противоположно направлены. Из этого можно сделать вывод что в одном из кирпичей будет сила реакции больше чем в другом. Только не совсем очевидно в каком из них именно ( чтобы выяснить надо раскрыть статическую неопределимость)
Силы трения в случае шарнирного соединения - в верхнем кирпиче больше чем в нижнем - следует из уравнения равновесия на ось совпадающую с направлением силы трения (сила трения в данном случае не равна произведению коэффициента трения на величину реакции опоры - это только максимальная величина силы трения скольжения которая может возникнуть, но по факту меньше может быть).
Думаю, у этой задачи в целом есть простое качественное решение. Проекция центра масс приходится на нижнюю половину площади опоры. Поэтому нижняя часть кирпича будет давить сильнее. Что до последнего вопроса - соединение двух половинок кирпича нерастяжимой нитью не делает два кирпича одним неупругим телом, а делает системой тел, что совсем другая, гораздо более сложная история))) как, например, маятник, подвешенный к маятнику))
Если сделать вертикальную проекцию сил направленных вниз верхней плоскости кирпича, например в 10 точках, то получится так, что в верхней части кирпича крайняя сила приходится на тело кирпича(не на самый край), а в нижней в пустоту, так вот внизу эта часть получается опирается на угол кирпича. (Простите, я не физик, мысли правильно излагать умею плохо)
А ответ я вижу простой: две половинки кирпича давят на опору, и она прогибается, да и сами половинки деформируются, так что по лини, разделяющей кирпич на половинки, происходит относительное смещение. Поэтому мы накладываем жёсткую связь на половинки, нижние поверхности которых НЕ образуют ЕДИНУЮ ПЛОСКОСТЬ! При решении таких задач игнорировать изменение формы тел под нагрузкой недопустимо.
Я вывел функцию соотношение нагрузки 2-х грузчиков в зависимости от угла "а" и соотношения сторон "k": (cos(a) + k*sin(a)) / (cos(a) - k*sin(a)). Понял, что, например, в случае квадрата (k=1) функция очень похожа на tg(a+pi/4), т.е. вероятно, ее можно еще упростить. Но я не знаю как упростить.
Было бы два вопроса: 1) Какая часть кирпича давит на плоскость больше - верхняя или нижняя? 2) Какой частью кирпич давит на плоскость больше - верхней или нижней? Я бы ответил на первый вопрос так - "Обе части давят на плоскость одинаково." На второй - "Так как кирпич цельный он давит нижней частью на плоскость сильнее." Но второй вопрос не стоял, по этому ответ на видео - "Обе части давят на плоскость одинаково". Фсё.
если на мысленно разделенный пополам кирпич нарисовать прямую перпендикулярно плоскости земли от центра нижней средней точки кирпича в верх. то получается что массы кирпича больше на первой половине соответственное он давит больше на наклонную плоскость. при связи двух кирпичей тоже подходит.
Исходя из опыта переноса различных длинных вещей по лестнице, нижняя часть должна быть тяжелее. Скорее всего из-за нависающего угла. Хотя если разделить кирпич на две части, то они должны давить одинаково.
На самом деле тут всё просто. Решил вообще другим способом. Я как раз мысленно поделил на половинки. Но, так как по условию кирпич один, то верхняя часть находится над нижней и максимально плотно к ней. У нас появляется ещё одна плоскость - грань середины кирпича. Те же махинации, что и в начале, но факт в том, верняя половина давит на нижнюю. Итого: половинки давят на плоскость одинаково, НО верхняя передаёт часть нагрузки через нижнюю. Нетрудные вычисления и получается, что верхий грузчик спихнул ту самую половину от разницы на товарища. Если бы боковые грани были всегда вертикальными независимо от наклона, то можете убедиться, что нагрузка всегда была бы равна. А всё потому, что средняя грань не оказыввла бы влияния ни на кого (а если у вас кривые половинки, то уточняйте заранее)
Поставьте кирпич вертикально, короткой стороной в направлении наклона, чуть-чуть увеличьте наклон, так чтобы кирпич готов был упасть. Верхний угол у него оторвётся от поверхности, а весь вес будет на нижнем. Вот и ответ на ваш вопрос без всяких стрелочек. Уменьшая угол наклона вы всего лишь снижаете нагрузку на нижнюю половину и увеличиваете на верхнюю вплоть до их равенства при горизонтальном положении. Если говорить про разрезанный кирпич, то отдельные половинки будут падать при меньшем угле наклона, чем сложенные вместе. Удерживать сложенные половинки от падения будет сила трения между ними, эта сила трения для нижнего кирпича будет направлена вниз, для верхнего - вверх. За счёт воздействия этих сил половинки будут давить на наклонную поверхность с разной силой. Таким образом даже лежащий на длинной стороне кирпич, можно представить нарезанным на тонкие ломтики, готовые упасть при таком наклоне, но удерживаемые от падения силами трения между ними. И за счёт них каждый следующий (сверху вниз) ломтик будет давить на опору сильнее предыдущего.
Пример неплохой и эксперимент был бы решающий, но вот кирпич поедет вниз гораздо раньше, чем начнет вращаться. Интуитивно вроде и понятно, но важна более доказанная картина, напримар, в теле кипича должны быть растягивающие, сжимающие и нулевые точки напряжений.
Следует учесть момент силы возникающий от свешивающейся части кирпича. Фактически кирпич как-бы пытается вращаться вокруг нижнего ребра. Этот момент компенсируется силой тяжести той части кирпича, которая находится за нижним ребром (проекция которой не висит). Таким образом максимальное усилие в идеальном случае находится на ребре, а дальше вот как оно будет компенсироваться - вопрос интересный и связан скорее всего с длиной рычага. Могу предположить, что компенсирующие усилие условно можно считать до проекции верхней грани равномерно уменьшающим, а после нее также равномерно уменьшающимся, но значительно быстрее...
Если взять середину основания, то "половину" по массе надо определять не перпендикулярно основанию или поверхности, а вдоль силы тяжести, т.е. вертикальной линией. И тогда нижняя "половина" внезапно окажется вовсе и не половиной :)
Верно. И чем больше наклон...:)
Ну, задняя часть ведь ещё и на переднюю давит. Поэтому передняя сама давит плюс задняя ещё добавляет. Если все векторы нарисовать, то как раз те же пропорции, что и в приведённых рассуждениях и выйдут. Или, если учесть, что сила тяжести направлена вниз, то и делить кирпич нужно вертикальной линией. Тогда передняя "половина" будет больше геометрической половины, а задняя на столько же меньше её. И массы (и, соответственно, веса) получившихся фигур опять же-таки будут соотноситься в той же пропорции.
Равномерно распределенная нагрузка, т.к. кирпич является единым целым. Во всех точках нагрузка будет одинакова. Но если начать пытаться кантовать или поднимать, то ситуация изменится.
Если разделить вертикальной линией, то части действительно будут независимы, но передняя окажется больше и тяжелее. Если же разделить как у вас, линией перпендикулярной опорной поверхности, то не получится отказаться от воздействия одной части на другую, так как равнодействующая от силы тяжести останется приложенной к общему ц.т. (а не как на картинке) и придётся вводить моменты, чтобы уравновесить каждую часть, один нагрузит переднюю, другой, такой же по величине, разгрузит заднюю.
Вот и сцепились!
всё зависит от того, в каком состоянии находится система (кирпич). Если он находится в покое, или двигается с равнопостоянной скоростью, то воздействие одинаково, а если начинается замедление, или ускорение, то в независимости от того, наклонная эта плоскость или прямая, действует эффект аналогичный ускоряющемуся или замедляющемуся автомобилю на дороге, когда он начинает тормозить, то происходит смещение нагрузки на переднюю часть, когда ускоряется - на заднюю.
Здесь задача статики и никаких изменений сил нет.
у авто на крутогорном подъёме (езда вверх) поднимается в воздух Передняя (а не задняя) ось (вплоть до кувырка назад) , а задняя зарывается в основание. ну и где больше давление на основание
Наличие/ отсутствие шарнира
Если кирпич установлен как у вас, то "нижняя" половина давит сильнее, т.к. если провести вертикаль от середины нижней поверхности кирича, то на нижнюю половину этой поверхности проецируется больше половины кирпича, и сила действующаяся на нижнюю половину поверхности больше.
Всё гораздо проще. Чтоб понять почему тяжелеет нижняя часть, надо делить брусок (кирпич, шкаф) вертикально, относительно вертикали, а не перпендикулярно опоре.
Интересную модель предложили. Если так в реальности разрезать, то кирпич будет устойчив и не будет опрокидываться, нагрузка станет равномерной, а значит гипотеза о том, что сегменты друг друга спасают от падения, терпит крах. В такой модели вообще нет никаких сил взаимодействия между сегментами. Нет в этом нужны. Что опять доказывает мою правоту, что вся причина появления сил взаимодействия связана с деформациями: возникает момент сил, благодаря которому кирпич пытается повернуться по часовой стрелке, из-за чего возникают деформации в его нижней части, а верхняя часть в свою очередь приподнимается, благодаря чему и появляются эти силы взаимодействия и более верхние сегменты начинаются помимо опоры также опираться и на соседние сегменты, т.к. они же их немного приподнимают.
А если поставить кирпич на торцевую сторону кирпича, то разница увеличится?
Только что смотрел офф-роуд покатушки, машины всё это наглядно показали, центр тяжести смещается и происходит кувырк через "голову" , кажется что низ давит больше
У половинок будет такая же разница между их половинками. а значит на связи появится момент. Думаю, если поставить половинки кирпича на 4 пружины каждую, то будет сильно заметно смещение связи между ними от перпиндикулёра)
На длинной грани кирпич стоит крепко. А если кирпич на короткую грань поставить, он в какую сторону полетит по доске? Вверх или вниз?.. Отсюда вывод: в нижней части давление на наклонную поверхность ВСЕГДА выше! Чем больше длина кирпича относительно его высоты, тем меньше эта разница, но она никогда не будет равна нулю, если угол плоскости отличен от горизонтального. И для этого не надо рисовать моменты сил, центры масс и т.п. Проведите вертикальную линию через нижнюю точку касания кирпича. Эта линия отсечёт от кирпича треугольный кусок массу которого надо помножить на два. Это и будет разница масс давящих на наклонную плоскость в нижней и верхней точки кирпича
Когда и где узнать правильный ответ? Моё "решение" слегка иное чем рисование сил... если сила "давит" - следовательно направлена вертикально (абсолютно). Таким образом в центре нижней грани кирпича рисуем вертикаль. Она разделит кирпич на две части. При этом часть расположенная выше получится меньше по объему - соответственно она и давит меньше не? Вообще не очень понял почему сила тяжести приложена к центру? Это может сумма всех сил тяжести так и направлена, но действует она ведь по всей "нижней плоскости" в каждой точке своя... не?
Во втором примере центр масс как раз сдвинут ближе к задней точке опоры, верхней или правой.
Как раз это учили на сопромате.... Кирпич то он кирпич, но и у него есть коофициент упругости.
Если увеличить угол наклона и довести до ситуации, когда кирпич начинает кувыркаться (центр тяжести его выходит за нижний угол), станет очевидно, что в этот момент верхняя часть кирпича совсем не давит на поверхность. Отсюда понятно, что при наклоне верхняя часть давит всегда слабее, чем нижняя
Когда соединили кубики невесомой связью, тогда ничего не поменялось, но попробуйте мысленно разрезать плоскость на которой стоят эти кубики на две несвязанные плоскости и случится чудо- на левую плоскость давление увеличится.
по поводу последнего вопроса в случае двух половин центры масс у них разные, но в целом кирпиче центр масс один и сила тяжести действует на плоскоть в точке касагия в передней половине кирпича. как-то так если совсем простыми словами.
Все просто, сила тяжести действует перпендикулярно вниз, а из схемы видно, что изза наклона кирпича на нижнюю часть приходится больше его объема и веса, небольшой треугольник получается, и такой же треугольник вычитается из верхней части, те там легче.
Как только зашел разговор о том что нужно разделить кирпич на 2 отдельных кирпича, у меня сразу возникла картинка, что эти две половинки не раздвинуты, а лежат впритирку. И поэтому, получается, что верхняя половинка лежит не только на наклонной плоскости, но и боком опирается на бок нижней половинки. Следовательно, её вес распределяется на большую площадь. И именно на наклонную плоскость будет попадать лишь часть её веса. А нижняя половинка мало того, что давит на наклонную плоскость всем своим весом, она еще и принимает на себя часть веса верхней половинки.
При наложении связи получаем жёсткое тело, центр масс которого расположен в геометрическом центре образовавшегося тела. И рассматривать задачу далее следует уже аналогично цельному кирпичу, а авторы видео, хитро улыбаясь, об этом умолчали. При этом, подобную задачу следует рассмотреть через систему уравнений статики. Раз кирпич "делится" на половины, то и точек опор будет две. Вот через суммы моментов относительно данных точек и находятся опорные реакции системы. С учётом синусов и косинусов и получим ответ, уже продемонстрированный в опыте с весами. Помимо деления массы на количество точек опор к силам реакций опор добавляется составляющая опрокидывающего момента, возникающего при наклоне кирпича = при уходе вертикальной проекции точки центра масс из центра общей площади опоры (в данном случае, от центра нижней грани).