تاريخ الفيزياء
علماء الفيزياء
الفيزياء الكلاسيكية
الميكانيك
الديناميكا الحرارية
الكهربائية والمغناطيسية
الكهربائية
المغناطيسية
الكهرومغناطيسية
علم البصريات
تاريخ علم البصريات
الضوء
مواضيع عامة في علم البصريات
الصوت
الفيزياء الحديثة
النظرية النسبية
النظرية النسبية الخاصة
النظرية النسبية العامة
مواضيع عامة في النظرية النسبية
ميكانيكا الكم
الفيزياء الذرية
الفيزياء الجزيئية
الفيزياء النووية
مواضيع عامة في الفيزياء النووية
النشاط الاشعاعي
فيزياء الحالة الصلبة
الموصلات
أشباه الموصلات
العوازل
مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة
فيزياء الجوامد
الليزر
أنواع الليزر
بعض تطبيقات الليزر
مواضيع عامة في الليزر
علم الفلك
تاريخ وعلماء علم الفلك
الثقوب السوداء
المجموعة الشمسية
الشمس
كوكب عطارد
كوكب الزهرة
كوكب الأرض
كوكب المريخ
كوكب المشتري
كوكب زحل
كوكب أورانوس
كوكب نبتون
كوكب بلوتو
القمر
كواكب ومواضيع اخرى
مواضيع عامة في علم الفلك
النجوم
البلازما
الألكترونيات
خواص المادة
الطاقة البديلة
الطاقة الشمسية
مواضيع عامة في الطاقة البديلة
المد والجزر
فيزياء الجسيمات
الفيزياء والعلوم الأخرى
الفيزياء الكيميائية
الفيزياء الرياضية
الفيزياء الحيوية
الفيزياء العامة
مواضيع عامة في الفيزياء
تجارب فيزيائية
مصطلحات وتعاريف فيزيائية
وحدات القياس الفيزيائية
طرائف الفيزياء
مواضيع اخرى
Swan and Crawfish
المؤلف:
Sidney B. Cahn Boris E. Nadgorny
المصدر:
A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
الجزء والصفحة:
part 1 , p 6
2-8-2016
2002
Swan and Crawfish
Two movers, Swan and Crawfish, from Swan, Crawfish, and Pike, Inc., must move a long, low, and narrow dresser along a rough surface with a coefficient of friction μ = 0.5 (see Figure 1.1). The mass M of the dresser is 150 kg. Swan can apply a maximum force of 700 N, and Crawfish 350 N.
Figure 1.1
Obviously, together they can move the dresser; however, each of them insists on his own way of moving the darn thing, and they cannot agree. Show that by using his own method, each of them can move the dresser alone. What are these methods?
Hint: The names in the problem are not quite coincidental, and the two methods are natural for Swan and Crawfish.
SOLUTION
First consider the method most likely suggested by Swan. Ignorant of the law of gravitational attraction, he does not have to apply a strictly horizontal force, and although the horizontal projection of the force is smaller, the friction is also smaller. Let us assume that he applies the force at the center of mass of the dresser and at an angle α to the horizontal (see Figure 1.2a). Then we can write, for the normal force N exerted by the floor on
Figure 1.2a
the dresser,
To move the dresser, Swan needs to apply a force F such that its horizontal projection is larger than the friction force
f = μN:
or
(1)
It is easy to check that tan α = μ corresponds to the maximum of the denominator in (1) and therefore to a minimum force F. Using
we have
Therefore, the force F should be
So Swan, who can apply a force of 700 N, will be able to move the dresser alone.
Crawfish, being somewhat more earthbound, is likely to suggest another method of moving the piece of furniture. He will apply a horizontal force, but not to the center of mass of the dresser; rather, to one of its ends. The dresser will start to rotate; however, the center of rotation R will not coincide with the center of mass of the dresser (see Figure 1.2b). So, after one rotation of 180°, Crawfish will have moved the dresser by l-2x, where
Figure 1.2b
l is the total length of the dresser. The frictional forces on each of the two parts are F1 and F2. They are proportional to the weight of the two parts:
(2)
(3)
Since the torque relative to the point R is zero, we have
Taking F1 and F2 from (2) and (3), we obtain the relation between F and x:
The minimum force F occurs when
So, Crawfish is also able to move the dresser by his method.