Крутальная дынаміка

Ратацыйная дынаміка — гэта раздзел механікі, які вывучае вярчальны рух з удзелам сіл, мас і іншых фактараў, якія ўплываюць на вярчальны рух. Аб'ект круціцца, калі ўсе яго часткі рухаюцца вакол восі або кропкі апоры, размешчанай на адной з яго частак. Вярчальны рух, які вывучаецца ў гэтай тэме, сканцэнтраваны на вярчальным руху вакол нерухомай восі. Рух шківа, вентылятара, рух CD/DVD у пакоі для CD/DVD , рух дзвярэй або акна, рух цыліндру рухавіка, прапелера верталёта або самалёта, або прапелера карабля — вось некаторыя прыклады вярчальнага руху вакол нерухомай восі. Ці назіралі вы калі-небудзь ваўчок? Палажэнне восі ваўчка пастаянна змяняецца (нахіл ваўчка мае тэндэнцыю змяняцца), таму вярчальны рух, такі як той, які адчувае ваўчок, у гэтай тэме не вывучаецца.

У дынаміцы часціц аб'ект, які знаходзіцца ў паступальным руху, лічыцца часціцай або асобнай кропкай. Незалежна ад памеру аб'екта або яго складанасці, ён лічыцца асобнай кропкай. У ратацыйнай дынаміцы аб'ект не лічыцца асобнай кропкай, а разглядаецца як такая, мяркуючы, што яго форма і памер застаюцца нязменнымі. Калі аб'ект, які лічыцца часціцай, складаецца з адной кропкі, то аб'ект, які лічыцца цвёрдым целам, складаецца з многіх часціц, дзе становішча кожнай часціцы застаецца пастаянным, а адлегласць паміж імі застаецца нязменнай.

Прыклад задачы

1. На малюнку паказаны шкіў з цвёрдага матэрыялу, вакол якога абматаны вяроўка. Трэннем шківа занядбаць. Калі момант інэрцыі шківа I = β, а вяроўка цягнецца з пастаяннай сілай F, то значэнне F роўна….
Абмеркаванне Нацыянальнага экзамену па фізіцы для старшакласнікаў сярэдняй школы 2014 года - Другі закон Ньютана аб вярчальным руху 6a

А. F = α.β.R
B. F = α.β².R
C. F = α.(β.R)-1
D. F = α.β.(R)-1
E. F = R. (α. β)-1

Абмеркаванне
Вядома, што:
Сіла цягі = F
Момент інэрцыі шківа = β
Вуглавое паскарэнне шківа = α
Радыус шківа = R
Пытанне: Значэнне F эквівалентна….
Адказ:

Формула другога закона Ньютана для вярчальнага руху:
Абмеркаванне Нацыянальнага экзамену па фізіцы для старшакласнікаў сярэдняй школы 2014 года - Другі закон Ньютана аб вярчальным руху 6bВыніковы момант сілы, які дзейнічае на шкіў:
Абмеркаванне Нацыянальнага экзамену па фізіцы для старшакласнікаў сярэдняй школы 2014 года - Другі закон Ньютана аб вярчальным руху 6c Абмеркаванне Нацыянальнага экзамену па фізіцы для старшакласнікаў сярэдняй школы 2014 года - Другі закон Ньютана ў 6d вярчальным рухуПравільны адказ — Д.

2. На стрыжань даўжынёй 6 метраў з нязначнай масай дзейнічаюць тры сілы, як паказана на малюнку. Велічыня моманту сілы стрыжня пры яго кручэнні вакол цэнтра мас у кропцы O ​​роўная…

А. Ф.Абмеркаванне Нацыянальнага экзамену па фізіцы ў сярэдняй школе 2016 года - 20

Б. 3-ці этаж

C. 4F

D. 5F

Усходні 6-ы паверх

Абмеркаванне

Вядома, што:

Вось кручэння знаходзіцца ў пункце О.

Сіла 1 ( F1 ) = F

Адлегласць паміж рабочай кропкай F1 і воссю кручэння (r1 ) = 3 метры

Сіла 2 (F³ ) = 2F

Адлегласць паміж рабочай кропкай F2 і воссю кручэння (r2 ) = 2 метры

Сіла 3 (F³ ) = 2F

Адлегласць паміж рабочай кропкай F3 і воссю кручэння (r3 ) = 3 метры

Пытанне: Велічыня моманту сілы стрыжня пры яго кручэнні вакол цэнтра мас у пункце O

Адказ:

Момант сілы 1:

τ1 = F1 , r1 = (F)(3) = -3F

Момант сілы 1 прымушае стрыжань круціцца па гадзіннікавай стрэлцы, таму момант сілы 1 мае адмоўны знак.

Момант сілы 2:

τ² = F² , r² = ( 2F )(2) = 4F

Момант сілы 2 прымушае стрыжань круціцца супраць гадзіннікавай стрэлкі, таму момант сілы 2 мае дадатны знак.

Момант сілы 3:

τ 3 = F 3 r 3 sin 30 o = (2F)(3)(0,5) = 3F

Момант сілы 3 прымушае стрыжань круціцца супраць гадзіннікавай стрэлкі, таму момант сілы 3 мае дадатны знак.

Выніковы момант сілы:

Στ = τ1 + τ2 + τ3

Στ = -3F + 4F + 3F

Στ = 4F

Велічыня моманту сілы складае 4 Ф ньютан-метраў. Дадатны момант сілы азначае, што стрыжань круціцца супраць гадзіннікавай стрэлкі.

Правільны адказ — С.

3. Паглядзіце на малюнак!

Калі занядбаць масай стрыжня пераменнага току, α = 30 ° , даўжыня AB = BC = 1 метр, момант сілы сістэмы з воссю ў пункце A будзе…

А. 10√3 Нм па гадзіннікавай стрэлцы Абмеркаванне Нацыянальнага экзамену па фізіцы ў сярэдняй школе 2016 года - 21

B. 10 √3 Нм супраць гадзіннікавай стрэлкі

C. 20 Нм па гадзіннікавай стрэлцы

D. 20 √3 Нм супраць гадзіннікавай стрэлкі

E. 20 √3 Нм па гадзіннікавай стрэлцы

Абмеркаванне

Вядома, што:

Вось кручэння знаходзіцца ў пункце А.

Сіла 1 (F1 ) = 10 Н

Адлегласць паміж рабочай кропкай F1 і воссю кручэння (r1 ) = 1 метры

Сіла 2 (F2 ) = 10 Н

Адлегласць паміж рабочай кропкай F2 і воссю кручэння (r2 ) = 1 метры

Сіла 3 (F3 ) = 20 Н

Адлегласць паміж рабочай кропкай F3 і воссю кручэння (r3 ) = 2 метры

Пытанне: Момант сілы сістэмы з воссю ў пункце А

Адказ:

Момант сілы 1:

τ1 = F1/ r1 / sin30 / o = (10)(1)(0,5) = 5 ньютан-метраў

Момант сілы 1 прымушае стрыжань круціцца супраць гадзіннікавай стрэлкі, таму момант сілы 1 мае дадатны знак.

Момант сілы 2:

τ² = F²r²sin 30o = ( 10 ) (1)(0,5) = -5 ньютан - метраў

Момант сілы 2 прымушае стрыжань круціцца па гадзіннікавай стрэлцы, таму момант сілы 2 мае адмоўны знак.

Момант сілы 3:

τ³ = F³ / r³ / sin 60 ° = (20)(2)(0,5√³ ) = -20√³ Ньютан -метраў

Момант сілы 2 прымушае стрыжань круціцца па гадзіннікавай стрэлцы, таму момант сілы 2 мае адмоўны знак.

Выніковы момант сілы:

Στ = τ1 + τ2 + τ3

Στ = 5 – 5 – 20 √3

Στ = – 20 √3 Ньютан-метраў

Велічыня моманту сілы складае 20 √3 ньютан-метраў . Адмоўны момант сілы азначае, што стрыжань круціцца па гадзіннікавай стрэлцы.

Правільны адказ — Э.

Абмеркаванне Нацыянальнага экзамену па фізіцы ў сярэдняй школе 2015 года - 254. Паглядзіце на малюнак збоку!

Шків з цвёрдага матэрыялу (I = 2/5 MR² ) мае масу 2 кг. Калі момант сілы на шківе роўны 4 Нм, то лінейнае паскарэнне шківа роўна… (g = 10 мс⁻² )

А. 50 мс -2

B. 25 мс -2

C. 20 мс -2

D. 16 мс -2

E. 8 мс -2

Абмеркаванне

Вядома, што:

Момент інэрцыі цвёрдага шківа (I) = 2/5 MR2

Маса шківа (M) = 2 кг

Момент сілы ( τ) = 4 Нм

Паскарэнне сілы цяжару (g) = 10 мс -2

Радыус шківа (R) = 20 см = 0,2 м

Пытанне: Лінейнае паскарэнне (а)

Адказ:

Разлічыце момант інэрцыі шківа (I):

I = 2/5 MR 2 = 2/5 (2)(0,2) 2 = 2/5 (2)(0,04) = 2/5 (0,08) = 0,16/5 = 0,032 кг м²

Вылічыце вуглавое паскарэнне ( α):

τ = Iα

α = τ/I = 4/0,032 = 125 рад.с -2

Разлічыце лінейнае паскарэнне (а):

a = Rα = (0,2)( 125) = 25 мс -2

Лінейнае паскарэнне краю шківа складае 25 мс -2.

Правільны адказ — Б.

5. Паглядзіце на малюнак збоку! Шків цвёрдага шара круціцца з паскарэннем 2 мс -2 , калі g = 10 мс -2 , то момант інэрцыі шківа роўны ....

А. 1,0 кг·м2Абмеркаванне Нацыянальнага экзамену па фізіцы ў сярэдняй школе 2015 года - 26

B. 0,8 кг· м²

C. 0,6 кг· м²

D. 0,2 кг· м²

E. 0,1 кг· м²

Абмеркаванне

Вядома, што:

Лінейнае паскарэнне краю шківа (a) = 2 мс -2

Паскарэнне сілы цяжару (g) = 10 мс -2

Радыус шківа (R) = 10 см = 0,1 м

Вага грузу (w) = mg = (4)(10) = 40 Н

Пытанне: Момант інэрцыі шківа

Адказ:

Вылічыце момант сілы ( τ):

τ = FR = w R = (40)(0,1) = 4 Нм

Разлічыце вуглавое паскарэнне шківа ( α ):

a = Rα

α = a/R = 2/0,1 = 20 рад.с -2

Разлічыце момант інэрцыі шківа (I):

τ = Iα

I = τ/ α = 4/20 = 0,2 кг м 2

Правільны адказ — Д.

6. Паглядзіце на малюнак збоку!

Шків цягнуць так, што шкіў рухаецца з паскарэннем 1 мс -2 . Калі радыус шківа роўны 10 см, то момант інэрцыі шківа роўны….

А. 4,00 кг·м2Абмеркаванне Нацыянальнага экзамену па фізіцы ў сярэдняй школе 2015 года - 27

B. 2,00 кг· м²

C. 0,04 кг· м²

D. 0,02 кг· м²

E. 0,01 кг· м²

Абмеркаванне

Вядома, што:

Лінейнае паскарэнне краю шківа (a) = 1 мс -2

Паскарэнне сілы цяжару (g) = 10 мс -2

Радыус шківа (R) = 10 см = 0,1 м

Сіла расцяжэння (F) = 4 Н

Пытанне: Момант інэрцыі шківа

Адказ:

Вылічыце момант сілы ( τ):

τ = FR = (4)(0,1) = 0,4 Нм

Разлічыце вуглавое паскарэнне шківа ( α ):

a = Rα

α = a/R = 1/0,1 = 10 рад.с -2

Разлічыце момант інэрцыі шківа (I):

τ = Iα

I = τ/ α = 0,4/10 = 0,04 кг м 2

Правільны адказ — С.

7. Шків з цвёрдым дыскам масай 1 кг і радыусам 10 см мае вяроўку, абматаную вакол яго краю, а на адным канцы вяроўкі падвешаны груз масай 1 кг. Лічыце, што вяроўка бязмасовая. Паскарэнне руху грузу ўніз роўнае… (g = 10 м/с2)
А. 10 м/с2
B. 12 м/с2
С. 15 м/с2
D. 20 м/с2
Усходняя 22 м/с2Круцільная дынаміка цвёрдых цел - 1Абмеркаванне:
Вядома, што:
F = w = мг = (1 кг)(10 м/с2) = 10 Ньютан
r = 0,1 метр
Спыталі:
Паскарэнне руху грузу
Адказ:
Хітунг Момант інэрцыі Дэн Момант стылю першы.
Круцільная дынаміка цвёрдых цел - 1
Правільны адказ — Д.

8. Цвёрды дыскавы шкіў масай 2M і радыусам R абматаны вяроўкай вакол краю, а на адным канцы вяроўкі падвешаны груз масай m. Калі груз адпускаецца, шкіў круціцца з вуглавым паскарэннем . Калі да шківа прымацаваны прадмет масай M, то для таго, каб шкіў круціўся з такім жа вуглавым паскарэннем, маса грузу павінна быць зроблена... (I шківа = ½ мр2).
А. ¾ м кг
B. 3/2 м кг
C. 2 м кг
D. 3 м кг
E. 4 м кг
прыклад пытанняў нацыянальнага экзамену па дынаміцы кручэння 2
Абмеркаванне:
Вядома, што:
Маса шківа з цвёрдым дыскам: 2M
Радыус шківа з суцэльным дыскам: R
Маса грузу: м
Спыталі :
Маса грузу?
дынаміка кручэння цвёрдага цела 2Адказ:

Вылічыце момант інэрцыі шківа цвёрдага дыска да і пасля таго, як да яго прымацаваны аб'ект масай M:
Момант інэрцыі 1: I = ½ мр2 = ½ (2M)(R)2 = МР2
Момант інэрцыі 2: I = ½ мр2 = ½ (2M + M)(R)2 = ½ (3M)(R)2 = 1,5 МР2

Крыніца пытання:

Пытанні па фізіцы для нацыянальных экзаменаў у старшай школе/прафесійна-тэхнічнай школе