będzie momentem Twierdzenie Steinera

Podobne dokumenty
Opis ruchu obrotowego

Podstawy fizyki sezon 1 V. Ruch obrotowy 1 (!)

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

MECHANIKA 2. Wykład Nr 3 KINEMATYKA. Temat RUCH PŁASKI BRYŁY MATERIALNEJ. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Podstawy fizyki wykład 4

12 RUCH OBROTOWY BRYŁY SZTYWNEJ I. a=εr. 2 t. Włodzimierz Wolczyński. Przyspieszenie kątowe. ε przyspieszenie kątowe [ ω prędkość kątowa

Podstawy fizyki wykład 4

Ruch obrotowy bryły sztywnej. Bryła sztywna - ciało, w którym odległości między poszczególnymi punktami ciała są stałe

v 6 i 7 j. Wyznacz wektora momentu pędu czaski względem początku układu współrzędnych.

R o z d z i a ł 4 MECHANIKA CIAŁA SZTYWNEGO

Ciało sztywne i moment bezwładności Ciekawe przykłady ruchu obrotowego Dynamika ruchu obrotowego Kinematyka ruchu obrotowego Obliczanie momentu

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXIII: Przypomnienie: statyka

III Zasada Dynamiki Newtona. Wykład 5: Układy cząstek i bryła sztywna. Przykład. Jak odpowiesz na pytania?

Bryła sztywna. zbiór punktów materialnych utrzymujących stałą odległość między sobą. Deformująca się piłka nie jest bryłą sztywną!

Układy cząstek i bryła sztywna. Matematyka Stosowana

MECHANIKA 2 RUCH POSTĘPOWY I OBROTOWY CIAŁA SZTYWNEGO. Wykład Nr 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Pierwsze dwa podpunkty tego zadania dotyczyły równowagi sił, dla naszych rozważań na temat dynamiki ruchu obrotowego interesujące będzie zadanie 3.3.

PF11- Dynamika bryły sztywnej.

Materiały pomocnicze 5 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

Bryła sztywna. Wstęp do Fizyki I (B+C) Wykład XIX: Prawa ruchu Moment bezwładności Energia ruchu obrotowego

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXI: Statyka Prawa ruchu Moment bezwładności Energia ruchu obrotowego

VII.1 Pojęcia podstawowe.

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 9 1.XII Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Bryła sztywna Zadanie domowe

Mechanika ogólna. Kinematyka. Równania ruchu punktu materialnego. Podstawowe pojęcia. Równanie ruchu po torze (równanie drogi)

Dynamika Newtonowska trzy zasady dynamiki

Wyznaczanie momentów bezwładności brył sztywnych metodą zawieszenia trójnitkowego

Fizyka elementarna materiały dla studentów. Części 9, 10 i 11. Moment pędu. Moment bezwładności.

MECHANIKA II. Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

Fizyka 1 (mechanika) AF14. Wykład 9

Zasady dynamiki Isaak Newton (1686 r.)

Drgania. W Y K Ł A D X Ruch harmoniczny prosty. k m

Mechanika ogólna / Tadeusz Niezgodziński. - Wyd. 1, dodr. 5. Warszawa, Spis treści

MECHANIKA 2 KINEMATYKA. Wykład Nr 5 RUCH KULISTY I RUCH OGÓLNY BRYŁY. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

ZASADY DYNAMIKI. Przedmiotem dynamiki jest badanie przyczyn i sposobów zmiany ruchu ciał.

WYZNACZANIE MOMENTU BEZWŁADNOŚCI CIAŁ METODĄ WAHADŁA FIZYCZNEGO GRAWITACYJNEGO I SPRAWDZANIE TWIERDZENIA STEINERA ĆWICZENIE

Dynamika ruchu obrotowego

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 13 RUCH OBROTOWY BRYŁY SZTYWNEJ. CZĘŚĆ 3

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Siły oporu prędkość graniczna w spadku swobodnym

MECHANIKA 2. Praca, moc, energia. Wykład Nr 11. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Zadanie bloczek. Rozwiązanie. I sposób rozwiązania - podział na podukłady.

MiBM sem. III Zakres materiału wykładu z fizyki

M2. WYZNACZANIE MOMENTU BEZWŁADNOŚCI WAHADŁA OBERBECKA

Zasady dynamiki Newtona. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Równa Równ n a i n e i ru r ch u u ch u po tor t ze (równanie drogi) Prędkoś ędkoś w ru r ch u u ch pros pr t os ol t i ol n i io i wym

Zadania z fizyki. Wydział PPT

ĆWICZENIE 5. Wyznaczanie przyśpieszenia ziemskiego przy pomocy wahadła matematycznego i fizycznego. Kraków,

Fizyka 1(mechanika) AF14. Wykład 5

MECHANIKA OGÓLNA (II)

MECHANIKA 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Prawa ruchu: dynamika

RUCH OBROTOWY Można opisać ruch obrotowy ze stałym przyspieszeniem ε poprzez analogię do ruchu postępowego jednostajnie zmiennego.

KINEMATYKA I DYNAMIKA ruchu obrotowego. Marian Talar

VI. CELE OPERACYJNE, CZYLI PLAN WYNIKOWY (CZ. 1)

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

1. K 5 Ruch postępowy i obrotowy ciała sztywnego

Ziemia wirujący układ

Podstawy fizyki sezon 1 II. DYNAMIKA

3. KINEMATYKA Kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się opisem ruchu ciał bez wnikania w jego przyczyny. Oznacza to, że nie interesuje nas

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXII: Porównanie ruchu obrotowego z ruchem postępowym. Bak Precesja Żyroskop

PODSTAWY FIZYKI - WYKŁAD 1 WSTEP KINEMATYKA - OPIS RUCHU DYNAMIKA - OPIS ODDZIAŁYWAŃ. Piotr Nieżurawski.

Bryła sztywna Przewodnik do rozwiązywania typowych zadań

Rys Punkt P obracającego się ciała zatacza łuk o długości s

Ws-ka: Proszę zastosować zasadę zachowania momentu pędu (ale nie pędu) do zderzenia kulki z prętem.

DYNAMIKA dr Mikolaj Szopa

Bryła sztywna. Matematyka Stosowana

Theory Polish (Poland) Przed rozpoczęciem rozwiązywania przeczytaj ogólne instrukcje znajdujące się w osobnej kopercie.

Bryła sztywna. Wstęp do Fizyki I (B+C) Wykład XXI:

14R2 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - II POZIOM ROZSZERZONY

Wykład 7: Układy cząstek. WPPT, Matematyka Stosowana

Spis treści. Wstęp Część I STATYKA

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu INŻYNIERIA MATERIAŁOWA Studia pierwszego stopnia

1. Z pręta o stałym przekroju poprzecznym i długości 1 m odcięto 25 cm kawałek. O ile przesunęło się połoŝenie środka masy pręta. Odp. o 8.

XXI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP I Zadanie teoretyczne

MECHANIKA 2 Wykład 7 Dynamiczne równania ruchu

, to: Energia całkowita w ruchu harmonicznym prostym jest proporcjonalna do kwadratu amplitudy.

Dynamika ruchu postępowego, ruchu punktu materialnego po okręgu i ruchu obrotowego bryły sztywnej

Podstawy fizyki. Wykład 3. Dr Piotr Sitarek. Katedra Fizyki Doświadczalnej, W11, PWr

Ruch obrotowy. Wykład 6. Wrocław University of Technology

Ćwiczenie: "Ruch po okręgu"

Dynamika ruchu obrotowego 1

1. Kinematyka 8 godzin

Podstawy fizyki sezon 1 II. DYNAMIKA

MECHANIKA 2 Wykład Nr 9 Dynamika układu punktów materialnych

Fizyka 1 (mechanika) AF14. Wykład 7

Podstawy robotyki wykład VI. Dynamika manipulatora

Jan Awrejcewicz- Mechanika Techniczna i Teoretyczna. Statyka. Kinematyka

Kinematyka: opis ruchu

Podstawowy problem mechaniki klasycznej punktu materialnego można sformułować w sposób następujący:

Symulacje komputerowe

PRACOWNIA FIZYCZNA I

Fizyka Elementarna rozwiązania zadań. Część 20, 21 i 22 Przygotowanie: Grzegorz Brona,

Zadania z dynamiki. Maciej J. Mrowiński 11 marca mω 2. Wyznacz położenie i prędkość ciała w funkcji czasu. ma t + f 0. ma 2 (e at 1), v gr = f 0

Lista zadań nr 6 Środek masy, Moment bezwładności, Moment siły (2h)

Wykład 10. Ruch w układach nieinercjalnych

18. Siły bezwładności Siła bezwładności w ruchu postępowych Siła odśrodkowa bezwładności Siła Coriolisa

Transkrypt:

Wykład z fizyki, Piotr Posmykiewicz. Niech 90 oznacza moment bezwładności względem osi przechodzącej przez środek masy ciała o masie i niech będzie momentem bezwładności tego ciała względem osi równoległej do poprzedniej i oddalonej o h od niej. Twierdzenie Steinera stwierdza, Ŝe: Rysunek 9-7. + Mh 9- Twierdzenie Steinera gdzie M -masa ciała PRZYŁAD Znajdź moment bezwładności pręta o stałej gęstości względem osi Rysunek 9-8 y przechodzącej przez koniec pręta (Rysunek 9-8). Analiza zadania. Wiemy, Ŝe moment bezwładności pręta względem ML. MoŜemy zastosować twierdzenie Steinera podstawiając h L.. Zastosuj twierdzenie Steinera + Mh. Podstaw ML i h L ML 3 osi przechodzącej przez jego środek wynosi Dowód twierdzenia Steinera. Twierdzenie Steinera moŝna udowodnić korzystając z twierdzenia o Rysunek 9-9 energii kinetycznej, które zostało wyprowadzonego w poprzednim wykładzie: Energia kinetyczna układu cząstek jest równa energii kinetycznej środka masy plus energii kinetycznej cząstek względem środka masy: MVśm + wzgl 9- RozwaŜmy bryłę sztywną obracającą się z prędkością kątową 9- ω wokół osi oddalonej o osi przechodzącej przez środek masy ( Rysunek 9-9 ). JeŜeli bryła obróci się o kąt h od równoległej względem pewnej osi,

Wykład z fizyki, Piotr Posmykiewicz 9 to obróci się o ten sam kąt względem dowolnej innej osi równoległej do niej. Ruch ciała względem środka masy jest po prostu ruchem obrotowym z prędkością kątową ω względem osi przechodzącej przez środek masy. W związku z tym energia kinetyczna ruchu względnego będzie równa: wzgl ω Prędkość środka masy względem dowolnego punktu na osi obrotu wynosi v hω. W rezultacie energia kinetyczna środka masy jest równa: Mv M ( hω ) Mω h Podstawiając powyŝsze wzory do równania 9- i uwzględniając 9- otrzymujemy: Widać, Ŝe : ( Mh + ) ω ω Mω h + ω Mh + co jest treścią twierdzenia Steinera. Zastosowanie drugiej zasady dynamiki dla ruchu obrotowego. RozwaŜmy sznurek, który jest nawinięty na obracający się cylinder. JeŜeli sznurek nie ślizga się to prędkość liniowa sznurka jest, oczywiście, równa prędkości stycznej na obwodzie cylindra: v t Rω 9-3 Związek między ω i v w przypadku braku poślizgu. JeŜeli zróŝniczkować równanie 9-3 ( policzyć pochodną obu stron równania ) po czasie, to otrzymamy związek między przyspieszeniem stycznym na obwodzie cylindra, a przyspieszeniem liniowym sznurka: P R Z Y Ł A D a t Rα 9-4 Związek między α i a w przypadku braku poślizgu Przedmiot jest przywiązany do lekkiej linki nawiniętej na koło, które posiada moment bezwładności i promień R.oło obraca się bez tarcia, a linka nie ślizga się po obwodzie. Znajdź napręŝenie linki i przyspieszenie przedmiotu.

Wykład z fizyki, Piotr Posmykiewicz 9 Analiza zadania. W układzie tym przedmiot porusza się do dołu ze stałym przyspieszeniema, podczas gdy koło obraca się ze stałym przyspieszeniem kątowym α ( Rysunek 9-0 ). PoniewaŜ linka odwija się z koła bez poślizgu, to a Rα. Aby obliczyć α i a zastosujemy drugą zasadę dynamiki do obracającego się koła i do poruszającego się przedmiotu. PoniewaŜ przedmiot porusza się do dołu i koło obraca się zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara, to kierunki te moŝemy obrać jako dodatnie.. Jedyną siłą wywierającą moment siły na koło jest napręŝenie linki T o ramieniu R. Zastosuj drugą zasadę Newtona dla ruchu obrotowego w postaci τ α : i TR α r r i zastosuj F ma mg T ma. Narysuj diagram wektorowy dla wiszącego ciała 3. Mamy dwa równania z trzema niewiadomymi:t, a i α. Trzecie równanie otrzymamy ze związku między a i α : 4. Mamy teraz trzy równania i moŝemy wyznaczyć szukane T,a i α. Zastosuj a Rα równania z punktu i wylicz a : 5. Podstaw wyliczone a do równania z punktu aby wyliczyć T : do a Rα a TR α i R mg + mr / Rysunek 9-0 T r mg r TR a T + mr mg 6. Podstawiając wyliczone T do równania z punktu mr 4 wyznacz a : a g + mr Sprawdź wyniki. Sprawdźmy parę przypadków granicznych: JeŜeli 0, to przedmiot powinien spadać swobodnie, a linka powinna być nie napięta; otrzymane wyniki dają T 0 i a g. Co się stanie gdy? Dla znacznie większego od mr otrzymujemy: T mg i a 0. 9-3 Energia kinetyczna ruchu obrotowego.

Wykład z fizyki, Piotr Posmykiewicz 93 Energia kinetyczna obracającego się ciała jest równa sumie energii kinetycznych poszczególnych cząstek układu. Energia kinetyczna pojedynczego punktu materialnego m i jest równa: m i v i Sumując po wszystkich punktach materialnych, z których składa się bryła sztywna i podstawiając otrzymujemy: obr mivi mi ( riω ) miri ω i i i v i r i ω WyraŜenie w drugim nawiasie jest momentem bezwładności względem osi obrotu. W rezultacie energia kinetyczna: obr ω 9-5 Energia kinetyczna ruchu obrotowego Równanie 9-5 jest odpowiednikiem energii kinetycznej w ruchu postępowym mv. Moc. JeŜeli obracamy ciało, to wykonujemy nad nim pracę powodując tym samym wzrost energii kinetycznej. RozwaŜmy siłę przebędzie odległość F i działającą na i-tą cząstkę obracającej się bryły. Gdy bryła obróci się o kąt ds r i i, a siła wykona pracę: d θ, i-ta cząstka gdzie dwi Fit dsi Fit ri τi τ i jest momentem siły wywieranym przez siłę przedmiot obróci się o niewielki kąt d θ jest równa: F i. Ogólnie, praca wykonana przez moment siły τ gdy dw τ 9-6 Moc wywołana momentem siły jest równa szybkości z jaką moment siły wykonuje pracę: lub P dw τ P τω 9-7 Moc

Wykład z fizyki, Piotr Posmykiewicz 94 Przemieszczenie kątowe Prędkość kątowa Przyspieszenie kątowe Równania w przypadku stałego przyspieszenia kątowego Równania 9-6 i 9-7 są odpowiednikami dw Fs ds i P F s vs. PoniŜsza tabela porównuje ruch obrotowy z ruchem postępowym. Ruch obrotowy Porównanie ruchu obrotowego z ruchem postępowym Ruch postępowy θ Przemieszczenie x ω dω d θ α ω ω 0 + αt θ ω śr t ω śr ( ω0 + ω) θ θ0 + ω0t + αt ω ω α θ 0 + Prędkość Przyspieszenie Równania w przypadku stałego przyspieszenia liniowego Moment siły τ Siła F Moment bezwładności Masa m Praca Energia kinetyczna Moc Moment pędu Druga zasada dynamiki v dx dv a d x v v0 + at x vśr t vśr ( v0 + v) x x + v v a θ 0 + v0t at 0 + dw τ Praca dw Fdx Energia kinetyczna ω mv P τω Moc P Fv L ω Pęd p mv τ wyp α dl Druga zasada dynamiki F wyp ma dp 9-4 Toczenie. Toczenie bez poślizgu. RozwaŜmy kulę o promieniu R toczącą się bez poślizgu po płaskiej powierzchni. Gdy kula obróci się o kąt φ (Rysunek 9- ), Rysunek 9-

Wykład z fizyki, Piotr Posmykiewicz 95 punkt styczności piłki z płaszczyzną przebędzie drogę s, która jest związana z φ następująco: s Rφ 9-8 Warunek bezpoślizgowego toczenia dla przemieszczenia PoniewaŜ środek kuli leŝy bezpośrednio nad punktem kontaktu, to równieŝ poruszając się przebędzie drogę s. Dlatego prędkość środka masy jest równa: v ds dφ R lub v Rω 9-9 RóŜniczkując jeszcze raz obie strony otrzymamy: Warunek bezpoślizgowego toczenia dla prędkości a Rα 9-30 Warunek bezpoślizgowego toczenia dla przyspieszenia iedy kula obraca się z prędkością kątową ω, wtedy górny i dolny punkt poruszają się z prędkością v Rω względem środka kuli (Rysunek 9-a). iedy kula toczy się bez poślizgu, to górny punkt posiada prędkość v, a punkt na dole jest w kontakcie z powierzchnią i w danej chwili znajduje się w spoczynku względem powierzchni ( Rysunek 9-b ). Na kulę działa siła tarcia statycznego i w związku z tym energia nie ulega rozpraszaniu. W poprzednim wykładzie było pokazane, Ŝe energia kinetyczna układu cząstek jest równa sumie energii kinetycznej środka masy i energii kinetycznej cząstek względem środka masy. Dla toczącego się ciała energia kinetyczna względem środka masy jest równa przedmiotu jest równa Rysunek 9- ω. W rezultacie energia kinetyczna toczącego się ω + Mv 9-3 Energia kinetyczna toczącego się przedmiotu

Wykład z fizyki, Piotr Posmykiewicz 96