Errotazio-dinamika

Errotazio-dinamika mekanikaren adarra da, indarrak, masak eta errotazio-higiduran eragina duten beste faktore batzuk barne hartzen dituzten errotazio-higidura aztertzen duena. Objektu bat biratzen da objektuaren atal guztiak objektuaren ataletako batean kokatutako ardatz edo biraketa baten inguruan mugitzen badira. Gai honetan aztertutako errotazio-higidurak ardatz finko baten inguruko errotazio-higiduran jartzen du arreta. Polea baten mugimendua, haizagailu baten mugimendua, CD/DVD baten mugimendua CD/DVD gela batean , ate edo leiho baten mugimendua, motorraren zilindro baten mugimendua, helikoptero edo hegazkin baten helizea edo itsasontzi baten helizea dira ardatz finko baten inguruko errotazio-higiduraren adibide batzuk. Inoiz ikusi al duzu zilindro birakari bat? Zilindroaren ardatzaren posizioa beti aldatzen ari da (zilindroaren inklinazioa aldatzeko joera du), beraz, zilindro batek jasaten duen bezalako errotazio-higidura ez da gai honetan aztertzen.

Partikula-dinamikan, translazio-higiduran dagoen objektu bat partikula edo puntu bakar gisa hartzen da. Objektu baten tamaina edo bere forma konplexua edozein dela ere, puntu bakar gisa hartzen da. Errotazio-dinamikan, objektu bat ez da puntu bakar gisa hartzen, baizik eta horrela ikusten da, bere forma eta tamaina aldatu gabe jarraitzen dutela suposatuz. Partikula gisa hartzen den objektu bat puntu bakar batez osatuta badago, orduan gorputz zurrun gisa hartzen den objektu bat partikula askoz osatuta dago, non partikula bakoitzaren posizioa konstantea den eta bien arteko distantzia berdina den.

Problemen adibidea

1. Material solidozko polea bat, kanpoaldean soka bat bilduta, irudian erakusten den bezala ageri da. Polearen marruskadura baztertzen da. Polearen inertzia-momentua I = β bada eta soka F indar konstante batekin tiratzen bada, orduan F-ren balioa honen berdina da….
2014ko Batxilergoko Fisikako Azterketa Nazionalaren Eztabaida - Newtonen Bigarren Legea Errotazio Mugimenduari buruz 6a

A. F = α . β . R
B. F = α . β 2 . R
C. F = α . (β . R)-1
D. F = α . β . (R)-1
E. F = R. (α. β)-1

Eztabaida
Jakina da:
Tiratze indarra = F
Polearen inertzia-momentua = β
Polearen azelerazio angeluarra = α
Polea erradioa = R
Galdera: F-ren balioa honen baliokidea da….
Erantzuna:

Newtonen bigarren legearen formula biraketa-higidurarako:
2014ko Batxilergoko Fisikako Azterketa Nazionalaren Eztabaida - Newtonen Bigarren Legea Errotazio Mugimenduari buruz 6bPoleak eragiten duen indarren momentu erresultantea:
2014ko Batxilergoko Fisikako Azterketa Nazionalaren Eztabaida - Newtonen Bigarren Legea Errotazio Mugimenduari buruz 6c 2014ko Batxilergoko Fisikako Azterketa Nazionalaren eztabaida - Newtonen Bigarren Legea 6d-ko biraketa-higiduranErantzun zuzena D da.

2. 6 metroko luzera eta masa hutsala duen haga bati hiru indar eragiten diote, irudian erakusten den bezala. Hagaren indar-momentuaren magnitudea O puntuan duen masa-zentroaren inguruan biratzen denean…

A. F.2016eko Batxilergoko Fisikako Azterketa Nazionalaren eztabaida - 20

B. 3F

C. 4F

D. 5F

E. 6F

Eztabaida

Jakina da:

Errotazio ardatza O puntuan dago.

1. indarra ( F1 ) = F

F 1 lan-puntuaren eta biraketa-ardatzaren (r 1 ) arteko distantzia = 3 metro

2. indarra (F2 ) = 2F

F 2 lan-puntuaren eta biraketa-ardatzaren (r 2 ) arteko distantzia = 2 metro

3. indarra (F3 ) = 2F

F 3 lan-puntuaren eta biraketa-ardatzaren (r 3 ) arteko distantzia = 3 metro

Galdera: Hagaren indar-momentuaren magnitudea bere masa-zentroaren O puntuan biraka doanean

Erantzuna:

1. Indarraren Momentua:

τ1 = F1 r1 = (F)(3) = -3F

1 indar-momentuak haga erlojuaren orratzen noranzkoan biratzea eragiten du, eta, beraz, 1 indar-momentuak zeinu negatiboa du.

2. Indarraren Momentua:

τ² = F² r² = ( 2F ) (2) = 4F

2 indar-momentuak haga erlojuaren orratzen kontrako noranzkoan biratzea eragiten du, eta, beraz, 2 indar-momentu horrek zeinu positiboa du.

3. Indarraren Momentua:

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

3 indar-momentuak haga erlojuaren orratzen kontrako noranzkoan biratzea eragiten du, eta, beraz, 3 indar-momentu horrek zeinu positiboa du.

Indar-momentu erresultantea:

Στ = τ1 + τ2 + τ3

Στ = -3F + 4F + 3F

Στ = 4F

Indar-momentuaren magnitudea 4F Newton metrokoa da. Indar-momentu positiboak haga erlojuaren orratzen kontrako noranzkoan biratzen duela esan nahi du.

Erantzun zuzena C da.

3. Begira irudiari!

AC hagatxoaren masa baztertzen bada, α = 30 o , AB luzera = BC = 1 metro bada, sistemaren indar-momentua A puntuan ardatza duena da…

A. 10√3 Nm erlojuaren orratzen noranzkoan 2016eko Batxilergoko Fisikako Azterketa Nazionalaren eztabaida - 21

B. 10 √3 Nm erlojuaren orratzen kontrako noranzkoan

C. 20 Nm erlojuaren orratzen noranzkoan

D. 20 √3 Nm erlojuaren orratzen kontrako noranzkoan

E. 20 √3 Nm erlojuaren orratzen noranzkoan

Eztabaida

Jakina da:

Errotazio ardatza A puntuan dago.

1. indarra (F1 ) = 10 N

F 1 lan-puntuaren eta biraketa-ardatzaren (r 1 ) arteko distantzia = 1 metro

2. indarra (F2 ) = 10 N

F 2 lan-puntuaren eta biraketa-ardatzaren (r 2 ) arteko distantzia = 1 metro

3. indarra (F3 ) = 20 N

F 3 lan-puntuaren eta biraketa-ardatzaren (r 3 ) arteko distantzia = 2 metro

Galdera: Sistemaren indar- momentua A puntuan ardatza duela

Erantzuna:

1. Indarraren Momentua:

τ 1 = F 1 r 1 sin 30 o = (10)(1)(0,5) = 5 Newton metro

1 indar-momentuak haga erlojuaren orratzen kontrako noranzkoan biratzea eragiten du, eta, beraz, 1 indar-momentu horrek zeinu positiboa du.

2. Indarraren Momentua:

τ₂ = F₂ r₂ sin 30 o = (10)(1)(0,5) = -5 Newton metro

2 indar-momentuak haga erlojuaren orratzen noranzkoan biratzea eragiten du, eta, beraz, 2 indar-momentuak zeinu negatiboa du.

3. Indarraren Momentua:

τ3 = F3 r3 sin 60 o = ( 20)(2)(0,5 √3 ) = -20 √3 Newton metro

2 indar-momentuak haga erlojuaren orratzen noranzkoan biratzea eragiten du, eta, beraz, 2 indar-momentuak zeinu negatiboa du.

Indar-momentu erresultantea:

Στ = τ1 + τ2 + τ3

Στ = 5 – 5 – 20 √3

Στ = – 20 √3 Newton metro

Indar-momentuaren magnitudea 20 √3 Newton-metro da . Indar-momentu negatiboak haga erlojuaren orratzen noranzkoan biratzen duela esan nahi du.

E erantzun zuzena da.

2015eko Batxilergoko Fisikako Azterketa Nazionalaren eztabaida - 254. Begira alboko argazkia!

Material solidoz egindako polea batek (I = 2/5 MR 2 ) 2 kg-ko masa du. Polearen gaineko indar-momentua 4 Nm bada, orduan polearen azelerazio lineala... (g = 10 ms -2 ) da.

A. 50 ms -2

B. 25 ms -2

C. 20 ms -2

D. 16 ms -2

E. 8 ms -2

Eztabaida

Jakina da:

Polea solido baten inertzia-momentua (I) = 2/5 MR 2

Polea masa (M) = 2 kg

Indar-momentua ( τ) = 4 Nm

Grabitatearen azelerazioa (g) = 10 ms -2

Polea erradioa (R) = 20 cm = 0,2 m

Galdera: Azelerazio lineala (a)

Erantzuna:

Kalkulatu polearen inertzia-momentua (I):

I = 2/5 MR2 = 2/5 (2)(0,2) 2 = 2/5 (2)(0,04) = 2/5 (0,08) = 0,16/5 = 0,032 kg m2

Kalkulatu azelerazio angeluarra ( α):

τ = Iα

α = τ/I = 4/0,032 = 125 rad.s -2

Kalkulatu azelerazio lineala (a):

a = R α = (0,2)( 125) = 25 ms -2

Poleako ertzaren azelerazio lineala 25 ms -2 da.

Erantzun zuzena B da.

5. Begira alboko irudia! Bola solido baten polea 2 ms -2 -ko azelerazioarekin biratzen da , g = 10 ms -2 bada , orduan polearen inertzia-momentua ... da.

A. 1,0 kg.m22015eko Batxilergoko Fisikako Azterketa Nazionalaren eztabaida - 26

B. 0,8 kg.m²

C. 0,6 kg.m²

D. 0,2 kg.m²

E. 0,1 kg.m2

Eztabaida

Jakina da:

Polea-ertzaren azelerazio lineala (a) = 2 ms -2

Grabitatearen azelerazioa (g) = 10 ms -2

Polea erradioa (R) = 10 cm = 0,1 m

Karga-pisua (w) = mg = (4)(10) = 40 N

Galdera: Polea baten inertzia- momentua

Erantzuna:

Kalkulatu indar-momentua ( τ):

τ = FR = w R = (40)(0,1) = 4 Nm

Kalkulatu polearen azelerazio angeluarra ( α ):

a = Rα

α = a/R = 2/0,1 = 20 rad.s -2

Kalkulatu polearen inertzia-momentua (I):

τ = Iα

I = τ/ α = 4/20 = 0,2 kg m 2

Erantzun zuzena D da.

6. Begira alboko irudia!

Polea tiratzen da 1 ms -2- ko azelerazioarekin mugitzeko . Polearen erradioa 10 cm bada, orduan polearen inertzia-momentua… da.

A. 4,00 kg.m22015eko Batxilergoko Fisikako Azterketa Nazionalaren eztabaida - 27

B. 2,00 kg.m²

C. 0,04 kg.m²

D. 0,02 kg.m²

E. 0,01 kg.m2

Eztabaida

Jakina da:

Polea-ertzaren azelerazio lineala (a) = 1 ms -2

Grabitatearen azelerazioa (g) = 10 ms -2

Polea erradioa (R) = 10 cm = 0,1 m

Tentsio-indarra (F) = 4 N

Galdera: Polea baten inertzia- momentua

Erantzuna:

Kalkulatu indar-momentua ( τ):

τ = FR = (4)(0,1) = 0,4 Nm

Kalkulatu polearen azelerazio angeluarra ( α ):

a = Rα

α = a/R = 1/0,1 = 10 rad.s -2

Kalkulatu polearen inertzia-momentua (I):

τ = Iα

I = τ/ α = 0,4/10 = 0,04 kg m 2

Erantzun zuzena C da.

7. 1 kg-ko masa eta 10 cm-ko erradioa duen disko-polea solido batek soka bat du ertzean bilduta, eta 1 kg-ko pisu bat sokaren mutur batetik zintzilik dago. Demagun sokak masarik ez duela. Kargaren beheranzko mugimenduaren azelerazioa… (g = 10 m/s) da2)
A. 10 m/s2
B. 12 m/s2
15 m/s-ko abiadura2
20 m/s-ko abiadura2
E. 22 m/s2Gorputz zurrunen errotazio-dinamika - 1Eztabaida:
Jakina da:
F = w = mg = (1 kg)(10 m/s)2) = 10 Newton
r = 0,1 metro
Galdetu zuen:
Karga mugimenduaren azelerazioa
Erantzuna:
Hitung Inertzia unea eta Estiloaren unea oso leku ona.
Gorputz zurrunen errotazio-dinamika - 1
Erantzun zuzena D da.

8. 2M masa eta R erradioa dituen disko solido formako polea bat soka batekin bilduta dago ertzaren inguruan, eta m masa duen karga bat zintzilikatzen da sokaren mutur batetik. Karga askatzen denean, poleak azelerazio angeluarrarekin biratzen du. M masa duen objektu bat poleari lotuta badago, poleak azelerazio angeluar berarekin biratzeko, kargaren masa... izan behar da (I polea = ½ mr2).
A. ¾ m kg
B. 3/2 m kg
C. 2 m kg
D. 3 m kg
E. 4 m kg
errotazio dinamikaren azterketa nazionaleko galderen adibidea 2
Eztabaida:
Jakina da:
Disko solidoko polearen masa: 2M
Disko solidoko polearen erradioa: R
Karga-masa: m
Galdetu :
Kargaren masa?
gorputz zurrunaren errotazio dinamika 2Erantzuna:

Kalkulatu disko solido baten polea baten inertzia-momentua, M masa duen objektu bat lotu aurretik eta ondoren:
Inertzia momentua 1: I = ½ mr2 = ½ (2M)(R)2 = JAUNA2
Inertzia momentua 2: I = ½ mr2 = ½ (2M + M)(R)2 = ½ (3M)(R)2 = 1,5 MR2

Galderaren iturria:

Batxilergoko/Lanbide Heziketako Fisikako Galderak Azterketa Nazionalean