twitterの問題17の解答

力学

<解答>

次のことを用いる.

3力以上の平行でない作用線は一点で交わる

剛体がつり合っているとき,3力以上の平行でない作用線は一点で交わる.これを用いて,次のよううなことを求めることができる.

  • 力の作用線の向き
  • 力の作用点の位置(特に転倒問題でよく使う)

上図のようにAには摩擦力がはたらかないので,棒にはたらく力は垂直抗力のみ.(辺ABに垂直な方向に力がはたらく)また,重力は鉛直下向きにはたらく.

すると,この2つの力の作用線は上図の点Dで交わる.

すると,上図のように,Cにはたらく抗力は点Dを向く方向にはたらく.

あとは,角度を調べていけばよい.$\bigtriangleup{\rm ABC}$について,内角と外角の関係より,$\angle{\rm BAC}=30^{\circ}$であり,$\angle{\rm DAB}=90^{\circ}$であるから,$\angle{\rm DAC}=60^{\circ}$.

また,直角三角形$\bigtriangleup{\rm CEF}$について,$\angle{\rm CEF}=60^{\circ}$であるから,その対頂角が等しいので$\angle{\rm AED}=60^{\circ}$.すると,$\bigtriangleup{\rm CAE}$は正三角形なので,Eは線分ACの中点にあるから,$\rm AE=ED=EC$なので,$\bigtriangleup{\rm ECD}$は二等辺三角形である.$\angle{\rm DEC}=120^{\circ}$,$\angle{\rm ACD}=30^{\circ}$であるから,$\angle{\rm DCF}=60^{\circ}$

よって,$\theta=60^{\circ}$.つまり,$\tan\theta=\tan60^{\circ}=\sqrt{3}$(答)

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