Физика. Агапова Н.Н - 5 стр.

UptoLike

Рубрика: 

[]
Дж
с
мкг
2
2
=
=W .
)Дж(48
2
25,1
2
65,2
W
22
1
=
+
= , )Дж(18
2
3)5,15,2(
W
2
2
=
+
= .
3)
Энергия деформации равна разности энергий шаров до и
после удара (по закону сохранения и превращения энергии):
)Дж(30WWW
21
=
=
деф
.
Ответ: u = 3 м/с,
1
W = 48 Дж,
2
W = 18 Дж,
диф
W = 30 Дж.
Пример 4. Человек стоит в центре скамьи Жуковского (рис.3) и
вместе с ней вращается по инерции с частотой
1
ν
= 0,5 об/с. Мо-
мент инерции человека и скамейки относительно оси вращения
I = 6 кг·м
2
. В вытянутых в сторону руках человек держит две ги-
ри массой m = 2 кг каждая. Расстояние между гирями
1
L = 1,6 м.
Сколько оборотов в секунду будет делать скамейка с человеком,
если он опустит руки и расстояние между гирями станет равным
2
L
= 0,4 м?
Решение:
Поскольку в данной системе
трением пренебрегаем, а мо-
менты внешних сил тяжести и
реакции опоры будем считать
уравновешенными, для системы человекскамьягири будет
выполняться закон сохранения момента импульса:
7
()()
2
2
1
1
IIII
ω+=ω+
или в скалярной форме (
1
ω и
2
ω совпадают по направлению):
(
)
(
)
2211
IIII
ω
+
=
ω
+
, (1)
где: I – момент инерции человека и скамейки,
1
I
момент инерции гирь в 1-м положении,
1
ω угловая скорость системы в 1-м положении,
2
I момент инерции во 2-м положении,
2
ω
угловая скорость системы во 2-м положении.
Выразим угловую скорость ω через частоту ν:
11
2
π
ν
=
ω
,
22
2
π
ν
=
ω
.
Момент
инерции гири определяется по формуле момента
инерции материальной точки:
2
m
r
I
=
. Гирь в нашем случае две,
2/Lr =
, поэтому:
2
mL
2
L
m2I
2
1
2
1
1
=
=
,
2
mL
2
L
m2I
2
2
2
2
2
=
= .
Подставляя выражения для
1
ω
,
2
ω
,
1
I и
2
I в равенство (1), полу-
чим:
+πν=
+πν
2
mL
I2
2
mL
I2
2
2
2
2
1
1
.
Отсюда определим:
=
+
+
ν=ν
с
об
7,0
mL5,0I
mL5,0I
2
2
2
1
12
.
Проверка размерности:
[]
с
об
м
к
г
м
к
г
мкгмкг
с
об
22
22
=
+
+
=ν
1
.
Ответ:
1
ν
= 0,7 об/с.
8
Дано:
1
ν = 0,5 об/с
I = 6 кг·м
2
m = 2 кг
1
L = 1,6 м
2
L = 0,4 м
2
ν = ?
                                                                                                     →              →
                         [W ] = кг ⋅2м
                                         2
                                             = Дж .                                          (I + I1 )ω1 = (I + I 2 )ω2
                                  с                                                            →      →

       2,5 ⋅ 6 1,5 ⋅ 2
              2      2
                                        (2,5 + 1,5) ⋅ 3
                                                      2               или в скалярной форме ( ω1 и ω2 совпадают по направлению):
  W1 =        +        = 48(Дж ) , W2 =                 = 18(Дж ) .                           (I + I1 )ω1 = (I + I 2 )ω2 ,        (1)
          2        2                           2
  3) Энергия деформации равна разности энергий шаров до и             где: I – момент инерции человека и скамейки,
после удара (по закону сохранения и превращения энергии):                  I1 – момент инерции гирь в 1-м положении,
                    Wдеф = W1 − W2 = 30(Дж ) .                             ω1 – угловая скорость системы в 1-м положении,
Ответ: u = 3 м/с, W1 = 48 Дж, W2 = 18 Дж, Wдиф = 30 Дж.                    I 2 – момент инерции во 2-м положении,
                                                                           ω2 – угловая скорость системы во 2-м положении.
Пример 4. Человек стоит в центре скамьи Жуковского (рис.3) и          Выразим угловую скорость ω через частоту ν:
вместе с ней вращается по инерции с частотой ν1 = 0,5 об/с. Мо-                             ω1 = 2πν1 , ω2 = 2πν 2 .
мент инерции человека и скамейки относительно оси вращения               Момент инерции гири определяется по формуле момента
I = 6 кг·м2. В вытянутых в сторону руках человек держит две ги-       инерции материальной точки: I = mr 2 . Гирь в нашем случае две,
ри массой m = 2 кг каждая. Расстояние между гирями L1 = 1,6 м.        r = L / 2 , поэтому:
                                                                                                              2
Сколько оборотов в секунду будет делать скамейка с человеком,                                        ⎛ L1 ⎞ mL21
если он опустит руки и расстояние между гирями станет равным                                I 1 = 2 m⎜ ⎟ =       ,
                                                                                                     ⎝ 2 ⎠   2
L 2 = 0,4 м?                                                                                                  2
                                     Решение:                                                            ⎛L ⎞        mL22
         Дано:                                                                                 I 2 = 2 m⎜ 2 ⎟ =             .
                                                                                                         ⎝ 2 ⎠          2
    ν1 = 0,5 об/с
                                                                      Подставляя выражения для ω1 , ω2 , I1 и I 2 в равенство (1), полу-
     I = 6 кг·м2
      m = 2 кг                                                        чим:
     L1 = 1,6 м                                                                               ⎛ mL21 ⎞               ⎛ mL22 ⎞
                                                                                              ⎜
                                                                                        2πν1 ⎜ I +        ⎟
                                                                                                          ⎟ = 2πν 2 ⎜⎜ I + 2 ⎟⎟ .
     L 2 = 0,4 м                                                                              ⎝        2  ⎠          ⎝           ⎠
         ν2 = ?                                                       Отсюда определим:
                                                                                                    I + 0,5mL21           ⎛ об ⎞
Поскольку в данной системе                                                               ν 2 = ν1                = 0,7 ⎜ ⎟ .
                                                                                                   I + 0,5mL 2 2
                                                                                                                          ⎝ с ⎠
трением пренебрегаем, а мо-
менты внешних сил тяжести и                                           Проверка размерности:
                                                                                        [ν1 ] = об ⋅ кг ⋅ м 2 + кг ⋅ м 2 = об .
                                                                                                             2           2
реакции опоры будем считать
уравновешенными, для системы человек – скамья – гири будет                                        с кг ⋅ м + кг ⋅ м           с
выполняться закон сохранения момента импульса:                        Ответ: ν1 = 0,7 об/с.

                                   7                                                                      8