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Exercise 55 . Una sbarretta di lunghezza e massa ha un estremo incernierato ad una parete verticale nel punto . L’estremo opposto è collegato ad una molla di costante elastica fissata alla parete ad una distanza da , come rappresentato in figura 1. Il sistema è in equilibrio quando la sbarretta è in posizione orizzontale. Determinare la lunghezza a riposo della molla e il valore della reazione vincolare in generata dalla cerniera. Si esprima il risultato in funzione di , e .
Svolgimento.
Calcoliamo i momenti di ciascuna forza esterna rispetto al polo (prendendo come verso positivo quello uscente dal foglio). Sia il versore dell’asse delle . Osserviamo che siccome la reazione vincolare è applicata proprio in il suo momento è nullo, per la forza di gravità si ha
(1)
mentre per la forza della molla abbiamo
(2)
dove abbiamo sfruttato il fatto che la forza della molla forma un angolo di con l’asta orizzontale per via della geometria del problema. Dal momento che la somma dei due momenti esterni deve essere nulla si ha
(3)
(4)
dove abbiamo sfruttato l’equazione (1) e l’equazione (2). Per la geometria del problema vale . Avvalendoci del precedente fatto la precedente equazione diventa
Scomponiamo ora le forze esterne lungo l’asse delle e l’asse delle . La forza di gravità è diretta lungo , mentre la forza elastica e la reazione vincolare hanno una componente sia lungo l’asse delle che l’asse delle . Siano e rispettivamente la componente lungo l’asse delle della forza elastica e la componente lungo l’asse delle della forza elastica. Abbiamo dunque
(5)
(6)
Siano e rispettivamente la somma delle forze esterne lungo l’asse delle e la somma delle forze esterne lungo l’asse delle . Utilizzando le due precedenti equazioni si ha
(7)
(8)
Dato che il sistema deve essere in equilibrio deve valere
(9)
Dall’equazione (7) grazie alla prima equazione del precedente sistema e l’equazione (4) troviamo
(10)
Notiamo che grazie alla precedente equazione l’equazione (8) può essere riscritta come
(11)
Imponendo la condizione imposta dalla seconda equazione del sistema (8) la precedente equazione diventa
(12)
Dunque, ricorrendo alle due precedenti equazioni si ha che
Esercizi di Meccanica classica
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