ii) ii) Nα καθορίσετε το είδος της ισορροπίας της ράβδου.

Σχετικά έγγραφα
Δίνεται η ροπή αδράνειας I=mL 2 /3 της ράβδου ως προς τον άξονα περιστροφής της, η επιτάχυνση! g της βαρύτητας και ότι π 2!10.

, της οποίας το µέτρο ικανοποιεί τη σχέση:

i) Nα βρεθεί η επιτάχυνση του κέντρου Κ της τροχαλίας την στιγµή t=0 αµέσως µετά την θραύση του νήµατος.

Θεωρούµε στερεό σώµα που εκτελεί ως προς ένα αδρανειακό σύστηµα αναφοράς επίπεδη κίνηση.

από τον κατακόρυφο τοίχο, της οποίας ο φορέας είναι οριζόντιος και την δύναµη επα φής N!

Q του νήµατος που το συγκρατεί, συµφωνα δε µε τον δεύτερο νό µο κίνησης του Νεύτωνα θα ισχύει η σχέση: της τάσεως!

i) Nα δείξετε ότι, κάθε στιγµή οι ταχύτητες των δύο πιθήκων ως προς το ακίνητο έδαφος είναι ίσες.

i) Nα βρείτε την επιτάχυνση του κέντρου της τροχαλίας τ 1.

(σχ. 1). Εφαρ µόζοντας για την µεταφορική συνιστώσα της κύλισης του δίσκου τον

( ) ( ) 2 1 K = K = m 2. ! = v 2 + v 1 R + r (3) H (1) λόγω της (3) γράφεται: R - v 2. + v 1. v 2. r > 0 (4) ! v K. + v 1 )R - v 2. = v 2. - v.

διέρχεται από το σηµείο τοµής Ο των φορέων του βάρους w! της ράβδου και της οριζόντιας αντίδρασης A!

περί το κέντρο της σφαίρας, ονοµάζεται δε τριβή κυλίσεως. Tο µέτρο της τρι βής κυλίσεως είναι προφανώς ανάλογο του µέτρου της N,!

από την άρθρωση και της δύναµης επαφής από τον τοίχο που αναλύεται στην στατική τριβη T!

(τρίτος νόµος του Νεύτωνα) και την πλάγια αντίδραση του οριζόντιου εδάφους, η οποία αναλύεται στην τριβή ολίσθησης T!

i) Το επίπεδο της τροχαλίας είναι οριζόντιο και το έδαφος λείο.

ii) Nα βρείτε την µέγιστη γωνιακή ταχύτητα της ράβδου.

ΛΥΣΗ: Έστω O η θέση ισορροπίας του σφαιριδίου. Στη θέση αυτή το σφαι ρίδιο δέχεται το βάρος του w!, τη δύναµη F

i) Να δείξετε ότι: F max = (m 1 + m 2 όπου! g η επιτάχυνση της βαρύτητας.

i) Nα βρείτε την ταχύτητα του κέντρου της στεφάνης αµέσως µετά την κρού ση, η οποία θεωρείται βραχείας διάρκειας.

i) την µέγιστη ροπή του ζεύγους δυνάµεων που επιτρέπεται να ενερ γήσει επί του κυλίνδρου, ώστε αυτός να ισορροπεί και

ΜΕΡΟΣ Γ! 2η οµάδα λυµένων παραδειγµάτων

i) Nα αποδείξετε ότι το σώµα τελικά θα ηρεµήσει ως προς το δοκάρι και να βρείτε την κοινή τους ταχύτητα στο σύστηµα αναφοράς του εδάφους.

όπου Α το πλάτος της ταλάντωσης, φ η αρχική της φάση και ω η γωνιακή της συχνότητα. Οι σχέσεις (2) εφαρµοζόµενες τη χρονική στιγµή t=0 δίνουν:

ακτινικής διεύθυνσης και στην οριακή τριβή T!"

θα επιβρα δύνεται. Επειδή η F! /Μ και θα ισχύει η σχέση: /t!

όπου Μ η µάζα της Γης την οποία θεωρούµε σφαίρα οµογενή, G η παγκόσµια σταθερά της βαρύτητας και L!

Ένα σώµα µε µεγάλη µάζα Μ, κινείται µε σταθερή

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Μηχανική Στερεού Σώµατος

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Μηχανική Στερεού Σώµατος Ενδεικτικές Λύσεις Θέµα Α

ΟΡΟΣΗΜΟ >Ι 3. δ. Ι Οι τροχοί (1) και (2) του σχήματος είναι ίδιοι. Τότε: και Ι 2

i) τον λόγο των µαζών των δύο σφαιριδίων, ώστε αυτά µετά την κρού ση τους να φθάνουν στις αρχικές τους θέσεις και

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΤΕΡΕΟΥ 2013

i) Nα εκφράσετε σε συνάρτηση µε τον χρόνο την γωνιακή ταχύτητα της τροχαλίας.

Για τις παραπάνω ροπές αδράνειας ισχύει: α. β. γ. δ. Μονάδες 5

. Αυτό σηµαίνει ότι το κέντρο µάζας κινείται ευθύγραµµα µε σταθερή επιτάχυνση a! = F!

ii) Nα βρεθεί η κινητική ενέργεια της σφαίρας, όταν το δοκάρι έχει µετατοπιστεί κατά S ως προς το έδαφος.

Οµογενής σφαίρα µάζας m και ατίνας R, ισορροπεί πάνω σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Κάποια στιγµή ενεργεί στην σφαίρα οριζόντια ώθηση!!

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ

. Εάν η σφαίρα κυλίεται πάνω στο δοκάρι να βρείτε: i) την επιτάχυνση του δοκαριού και του κέντρου της σφαίρας, στο σύστηµα αναφοράς του δαπέδου και

i) Nα δείξετε ότι αν το σύστηµα αφεθεί ελεύθερο η τροχαλία τ 1 δεν µπορεί να κυλίεται, άλλά µόνο να ισσρροπεί ή να ολισθαίνει.

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΕΡΕΟ. ΘΕΜΑ Α (μοναδες 25)

Διαγώνισμα Γ Λυκείου Θετικού προσανατολισμού. Διαγώνισμα Μηχανική Στερεού Σώματος. Σάββατο 24 Φεβρουαρίου Θέμα 1ο

και όταν φθάσει στο σηµείο Γ αρχίζει να κινείται στο κυκλικό του τµήµα που έχει την µορφή λείου τεταρτο κυκλίου ακτίνας R.

ii) Nα υπολογιστεί η κινητική ενέργεια του συστήµατος σε συνάρτηση µε τον χρόνο. Δίνεται η επιτάχυνση! g της βαρύτητας.

) ω ω. L λίγο πριν. . Nα βρεθούν:

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Μηχανική Στερεού - µέρος ΙΙ Ενδεικτικές Λύσεις Κυριακή 28 Φλεβάρη 2016 Θέµα Α

της οποίας ο φορέας σχηµατί ζει γωνία φ=π/6 µε την κατακόρυφη διεύθυνση και ανακλάται µε αντίστοιχη γωνία φ=π/4.

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ

i) Nα βρεθεί η επιτάχυνση του κέντρου του δακτυλιδιού. Σχήµα 1 Σχήµα 2 L C

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Μηχανική Στερεού - µέρος Ι Ενδεικτικές Λύσεις Θέµα Α

Ένα διαστηµόπλοιο µάζας M, κινείται στο διά στηµα µε σταθερή ταχύτητα V!

Ομογενής δίσκος ροπής αδράνειας, με μάζα και ακτίνας θα χρησιμοποιηθεί σε 3 διαφορετικά πειράματα.

που δέχονται οι τροχοί αυτοί αποτελούν κινητήριες δυνάµεις για το αυτοκί νητο, δηλαδή είναι δυνάµεις οµόρροπες προς την κίνησή του, ένω οι τριβές T!

6ο ιαγώνισµα - Μηχανική Στερεού Σώµατος Ι. Θέµα Α

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Μηχανική Στερεού - µέρος Ι

6ο Πρόχειρο Τεστ Γ Τάξης Λυκείου Θεµελιώδης Νόµος Στροφικής Κίνησης Σύνολο Σελίδων: πέντε (5) - ιάρκεια Εξέτασης: 90 min Βαθµολογία % Ονοµατεπώνυµο:

ΨΗΦΙΑΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΒΟΗΘΗΜΑ «ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ» 5 o ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΜΑΡΤΙΟΣ 2017: ΘΕΜΑΤΑ

i) Να δείξετε ότι η κίνηση του συστήµατος των δύο σφαιριδίων είναι περιοδική και να υπολογίσετε την περίοδο της.

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ. Δίνεται ότι η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς τον άξονα Κ είναι Ι= M R

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. Άσκηση 1. (Κινητική ενέργεια λόγω περιστροφής. Έργο και ισχύς σταθερής ροπής)

Nα δείξετε τις εξής προτάσεις:

ΘΕΜΑΤΑ : ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ 23/2/2014 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΗ ΥΛΗ: ΚΕΦΑΛΑΙΑ 3-4

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΣΤΡΟΦΟΡΜΗ ΚΑΙ ΣΤΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΣΤΡΟΦΟΡΜΗΣ. Η στροφορμή ενός στερεού σώματος είναι μηδενική, όταν το σώμα δεν περιστρέφεται.

Τροχός ακτίνας R κυλίεται χωρίς ολίσθηση κατά µήκος οριζόντιου αυλακιού, το δε κέντρο µάζας του C έχει σταθερή ταχύτητα v!

[1kgm 2, 5m/s, 3,2cm, 8rad/s][1kgm 2, 5m/s, 3,2cm, 8rad/s]

τα µοναδιαία διανύσµατα των αξόνων Οx, Oy, Oz αντιστοί χως. Η αντίστοιχη στροφορµή L!

Eάν L 1, L 2 είναι τα αντίστοιχα φυσικά µήκη των ελατηρίων ε 1 και ε 2 τότε για την απόσταση ΑΒ των σηµείων στήριξης των ελατηρίων θα έχουµε:

i) τον λόγο των µαζών των δύο σφαιριδίων, ώστε αυτά µετά την κρού ση τους να φθάνουν στις αρχικές τους θέσεις και

ΦΥΛΛΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΣΤΕΡΕΟΥ 1. ΘΕΜΑ Α Στις παρακάτω ερωτήσεις Α1-Α.5 να σημειώσετε την σωστή απάντηση

. Εάν η κρούση της ράβ δου µε το οριζόντιο έδαφος είναι τελείως ελαστική, να βρείτε:

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. Άσκηση 1. (Ροπή αδράνειας - Θεμελιώδης νόμος στροφικής κίνησης)

ΦΥΣΙΚΗ. α) έχουν κάθε χρονική στιγμή την ίδια οριζόντια συνιστώσα ταχύτητας, και την ίδια κατακόρυφη συνιστώσα ταχύτητας.

Ασκήσεις. Φυσική Γ Λυκείου - Μηχανική στερεού σώματος

ii) Να δείξετε ότι το σφαιρίδιο εκτελεί µια µη αρµονική περιοδική ταλάντωση, της οποίας να υπολογίσετε την περίοδο.

από τα σύρµατα λόγω της συµµετρίας τους ως προς την µεσοκάθετο θα δίνουν συνι σταµένη δύναµη F µε κατεύθυνση προς το Ο, που σηµαίνει ότι το σφαιρίδιο

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤ. & ΤΕΧΝ. ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ Ομάδας Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών Τζιόλας Χρήστος. και Α 2

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Β ΛΥΚΕΙΟΥ (ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 19/03/2017 (ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ) ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

! =A'B=C!! C! = R" (1)

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΑΥΕΘΥΝΣΗΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Α (ΘΕΡΙΝΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 09/03/2014

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Μηχανική Στερεού - µέρος ΙΙ

Μηχανική Στερεού Ασκήσεις Εμπέδωσης

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

γ) το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας του δίσκου τη στιγμή κατά την οποία έχει ξετυλιχθεί όλο το σχοινί.

ΛΥΣΗ: Κατά τον πολύ µικρό χρόνο Δt (Δt 0) που ενεργεί επί του σφαιριδίου Γ η ώθηση Ω. =mv. το σφαιρίδιο Β δέχεται τις κρουστικές δυνάµεις F

7ο ιαγώνισµα - Μηχανική Στερεού Σώµατος ΙΙ

Οµογενής ράβδος µάζας m και µήκους L, κρατεί ται οριζόντια ακουµπώντας σε σταθερή ακίδα που απέχει απόσταση x από το κέντρο µάζας C της ράβδου.

των Α και Β αντιστοίχως είναι παράλληλες (σχ. 12) που σηµαί Σχήµα 11 Σχήµα 12

ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

i) την ενέργεια που πρέπει να προσφερθεί στο σφαιρίδιο,

του σφαιριδίου κατευθύνεται προς τα κάτω και σχηµατίζει µε την κατακόρυφη διεύθυνση γωνία φ.

που δέχεται από την παράπλευρη επιφάνεια του κώνου, της οποίας ο φορέας είναι κάθετος στην επιφάνεια αυτή, αφού θεωρείται λεία και των δυνάµεων T

διέρχεται από το σηµείο Ο της ράβδου, υπό την επίδραση των βαρών m 1 από τον άξονα περιστροφής, που αναλύεται στην οριζόντια συνιστώσα!

Για τις παραπάνω ροπές αδράνειας ισχύει: α. β. γ. δ. Μονάδες 5

Μηχανικό Στερεό. Μια εργασία για την Επανάληψη

1. Για το σύστηµα που παριστάνεται στο σχήµα θεωρώντας ότι τα νήµατα είναι αβαρή και µη εκτατά, τις τροχαλίες αµελητέας µάζας και. = (x σε μέτρα).

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: Α (ΘΕΡΙΝΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 09/03/2014

ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΤΕΡΕΟΥ

Transcript:

Oµογενής ράβδος Γ, βάρους w και µήκους L, είναι αρθρωµένη στο ένα άκρο της όπως φαίνεται στο σχήµα (), ενώ το άλλο άκρο της είναι δεµένο σε νήµα που διέρχεται από µικρή ακίνητη τροχαλία O, η οποία βρίσκεται πάνω στην κατακόρυφη διεύθυνση που διέρχεται από το σηµείο της ράβδου και βρίσκεται σε απόσταση L πάνω από αυτό. Στο ελεύθερο άκρο του νήµατος δένε ται σφαιρίδιο βάρους w '= w /. i) Nα καθορίσετε την τιµή της γωνίας φ, για την οποία η ράβδος Γ ισορροπεί. ii) ii) Nα καθορίσετε το είδος της ισορροπίας της ράβδου. ΛYΣH: i) Eπί της ράβδου Γ ενεργεί το βάρος της w, η δύναµη T από το νήµα, κατά µέτρο ίση µε το βάρος w ' του σφαιριδίου και τέλος η δύναµη R από την άρθρωση. Λόγω της ισορροπίας της ράβδου πρέπει οι φορείς των τριών αυτών δυνάµεων να διέρχονται από το ίδιο σηµείο, που στην περίπτω Σχήµα σή µας είναι το µέσον M του νήµατος OΓ. Όµως το τρίγωνο OΓ είναι ισοσκελές, οπότε η διάµεσός του M θα είναι διχοτόµος και ύψος αυτού.

Eξάλλου, πρέπει το άθροισµα των ροπών όλων των δυνάµεων που δέχεται η ράβδος Γ, περί το άκρο της, να είναι µηδέν, δηλαδή πρέπει να ισχύει: w(l/)ηµφ - T(M) = 0 w(l/)ηµφ = w'lσυν(φ/) w ηµ(φ/)συν(φ/) = w συν(φ/) ηµ(φ/) = / φ/ = π/6 φ = π/3 ii) Eστω ότι η ράβδος Γ αποµακρύνεται από την θέση ισορροπίας της, ώστε η γωνία φ ν αυξάνεται. Tότε η ροπή του βάρους w της ράβδου, περί το άκρο, αυξάνεται ενώ η ροπή της τάσεως T του νήµατος ελαττώνεται, δηλαδή δηµιουργείται συνισταµένη ροπή επί της ράβδου που τείνει να την αποµακρύ νει ακόµη περισσότερο από την θέση ισορροπίας της. ς υποθέσουµε ακόµη ότι, η ράβδος Γ αποµακρύνεται από την θέση ισορροπίας της ώστε η γωνία φ να ελαττώνεται. Tότε η ροπή της T, περί το άκρο αυξάνεται, ενώ η αντίστοιχη ροπή του βάρους w ελαττώνεται, δηλαδή δηµιουργείται πάλι επί της ράβδου συνισταµένη ροπή, η οποία τείνει να την αποµακρύνει ακόµη περισσότερο από την θέση ισορροπίας της. Mε βάση τα παραπάνω συµπεραίνουµε ότι η ισορροπία της ράβδου είναι ασταθής. P.M. fysikos Στην κεντρική περιοχή του κυλινδρικού κορµού (τυµπάνου) ενός καρουλιού (κουβαρίστρας) µάζας m έχει περιτυλιχ θεί αβαρές και µη εκτατό νήµα, του οποίου το ελεύθερο άκρο είναι στερεωµένο σε ακλόνητο σηµείο Α όπως φαίνεται στο σχήµα (). Το καρούλι κάποια στιγµή αφήνεται επί λείου κεκλιµένου επιπέδου γωνίας κλίσεως φ=π/3 ως προς τον ορίζοντα, µε το νήµα παράλληλο προς το επίπεδο. i) Εάν η αντοχή θραύσεως του νήµατος είναι ίση µε το µισό του µέτ ρου του βάρους του καρουλιού, να βρεθεί η ελάχιστη τιµή του λόγου r/r ώστε το νήµα να µη σπάει όταν το καρούλι αφήνεται να κινηθεί πάνω στο κεκλιµένο επίπεδο, όπου r η ακτίνα του τυµπάνου του καρουλιού και R η ακτίνα των κυκλικών του βάσεων (R>r). ii) Nα βρείτε την επιτάχυνση των σηµείων επαφής του καρουλιού µε το κεκλιµένο επίπεδο, σε συνάρτηση µε τον χρόνο κίνησής του. Δίνεται η ροπή αδράνειας Ι=mrR του καρουλιού ως προς τον γεωµε τρικό του άξονα και η επιτάχυνση g της βαρύτητας. ΛΥΣΗ: i) Tο καρούλι κατά την κίνησή του πάνω στο κεκλιµένο επίπεδο δέχε ται το βάρος του w που αναλύεται στην παράλληλη προς το κεκλιµένο επίπ εδο συνιστώσα w και στην κάθετη προς αυτό συνιστώσα w, την τάση T του

νήµατος της οποίας ο φορέας είναι παράλληλος προς το κεκλιµένο επίπεδο και τέλος την κάθετη αντίδραση N επί των κυκλικών του βάσεων που είναι σε επαφή µε το λείο κεκλιµένο επιπέδο (σχ. ). Υπό την επίδραση των δυνάµεων αυτών το καρούλι εκτελεί επίπεδη κίνηση της οποίας η µεν περιστροφική συνι στώσα σχετίζεται µε την ροπή της T περί τον γεωµετρικό του άξονα, η δε µετα φορική της συνιστώσα καθορίζεται από τις δυνάµεις T και w. Εφαρµόζοντας για την µεταφορική συνιστώσα τον δεύτερο νόµο κίνησης του Νεύτωνα και για την περιστροφική συνιστώσα τον θεµελιώδη νόµο της στροφικής κίνησης παίρ νουµε την σχέσεις: w - T = ma# Tr = I " mgµ" - T = ma & Tr = mrr # ' T = mgµ" - ma & T = mr # ' () Σχήµα όπου a η επιτάχυνση του κέντρου µάζας του καρουλιού κατά την τυχαία στιγ µή t και ' η αντίστοιχη γωνιακή επιτάχυνση περιστροφής του. Συνδυάζοντας µεταξύ τους τις σχέσεις () παίρνουµε: mgµ" - ma = mr # gµ" = a +R # () Όµως κάθε στιγµή κατά την διεύθυνση του νήµατος η επιτάχυνση του σηµείου επαφής Α του καρουλιού µε το νήµα είναι µηδενική και αυτό µας επιτρέπει να γράψουµε την σχέση a-ω r=0 µε αποτέλεσµα η () να γράφεται: gµ" = r # +R # " = g#µ r +R (3) πό την (3) προκύπτει ότι η περιστροφή του καρουλιού είναι οµαλά επιταχυ νόµενη και λόγω της a=ω r θα είναι οµαλά επιταχυνόµενη και η µεταφορική του κίνηση. Συνδυάζοντας την (3) µε την δεύτερη εκ των () έχουµε:

T = mgrµ" r +R = mgrµ(# / 3) r +R = mgr 3 r +R ( ) (4) Για να µη σπάει το νήµα όταν το καρούλι αφήνεται ελεύθερο πρέπει να ισχύει: T mg ( 4) mgr 3 ( r +R) mg R 3 r +R R 3 r +R R( 3 -) r r R 3 - r # = 3 - (5) " R min ii) H επιτάχυνση a των σηµείων επαφής Β του καρουλιού µε το κεκλιµένο επίπεδο θα προκύψει από την σύνθεση της επιτάχυνσής του a λόγω της µετα φορικής συνιστώσας της κίνησής του καρουλιού, της επιτρόχιας επιτάχυνσης a και της κεντροµόλου επιτάχυνσής του a λόγω της περιστροφικής του συνιστώσας (σχ. ), δηλαδή θα έχουµε: a = a + a + a " a = a i +a i +a " j a = a i + " R i +" R j (6) όπου η γωνιακή ταχύτητα του καρουλιού την στιγµή t που το εξετάζουµε και i, j τα µοναδιαία διανύσµατα κατά την διεύθυνση κίνησης του γεωµετρι κού άξονα του καρουλιού και κατά την κάθετη προς αυτήν διεύθυνση αντιστοί χως. Όµως έχουµε τις σχέσεις: a = " r # (3) a = grµ r +R, " R = gr#µ r +R και R = " t R # (3) & R = gµ ( ' r +R) οπότε η (6) παίρνει την µορφή: a = grµ" i + grµ" # i + gµ" r +R r +R r +R a = gµ # " ' g 3 i + & r +R µ # " * ) ( 3&, + & Rt Rt j Rt j

a = g 3 i + 3Rg t 4( r +R) g 3 j = # i + 3Rgt " r +R j ( ) & P.M. fysikos Mια λεπτή ράβδος, µήκους L και µάζας m, µπορεί να στρέφεται περί σταθερό οριζόντιο άξονα που διέρχεται από το ένα άκρο της O. ρχι κά η ράβδος βρίσκεται στην θέση ευσταθούς ισορ ροπίας της και κάποια στιγµή προσκρούει σ αυτήν και ενσωµατατώ νεται βληµα που κινείται οριζοντίως σε επίπεδο κάθετο στον άξονα περιστροφής της ράβδου και σε απόσταση x από το άκρο της Ο. i) Εάν P είναι η ορµή του βλήµατος και η µάζα του είναι πολύ µικρή σε σχέση µε την µάζα της ράβδου, να εκφράσετε σε συνάρτηση µε την απόσταση x την γωνιακή ταχύτητα που θα αποκτήσει η ράβδος αµέ σως µετά την κρούση, η οποία διαρκεί πολύ µικρό χρόνο. ii) Να βρείτε για ποιά τιµή της απόστασης x η οριζόντια συνιστώσα της αντίδρασης του άξονα περιστροφής της ράβδου είναι µηδενική, στην διάρκεια της κρούσεως. Δίνεται η ροπή αδράνειας Ι=mL /3 της ράβδου ως προς τον άξονα περιστροφής της. ΛYΣH: i) Εξετάζοντας το σύστηµα βλήµα-ράβδος στην διαρκεια του πολύ µικρού χρόνου Δt εισχώρησης του βλήµατος, παρατηρούµε ότι οι εξωτερικές δύνάµεις που δέχεται το σύστηµα είναι το βάρος της ράβδου, το βάρος του βλήµατος και η αντίδραση του άξονα περιστροφής. Επειδή οι φορείς των τριών αυτών δυνάµεων διέρχονται από το Ο οι ροπές τους περί το Ο είναι µηδενικές Σχήµα 3 που σηµαίνει ότι η στροφορµή του συστήµατος περί το Ο δεν µεταβάλλεται κατά τον χρόνο Δt, δηλαδή µπορούµε να γράψουµε την σχέση:

(( ) (( ) L " # &' =L )µ"*+, µ-.# m v x + 0 = ( I+m x ) Px = ( ml /3+m x ) () όπου η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου αµέσως µετά την εισχώρηση του βλή µατος, m β η µάζα του βλήµατος και v η ταχύτητά του την στιγµή που έρχεται σε επαφή µε την ράβδο. Όµως είναι m β <<m, οπότε η σχέση () µε ικανοποι ητική προσέγγιση γράφεται: Px ml /3 3Px/mL () ii) Eάν F x είναι η οριζόντια συνιστώσα της αντίδρασης του άξονα περιστροφής της ράβδου και F η µέση δύναµη κρούσεως από το βλήµα κατά τον χρόνο Δt, τότε εφαρµόζοντας για το κέντρο µάζας C της ράβδου κατά την οριζόντια διεύθυνση τον γενικευµένο νόµο του Νεύτωνα, έχουµε την σχέση: P C /t = F " +F x mv C = F "t+f x "t ml/ = F " #t+f x #t (3) Eφαρµόζοντας τον ίδιο νόµο για το βλήµα κατά τον χρόνο Δt έχουµε: P " /t = -F # m "x-p = -F # t όπου - F η µέση δύναµη κρούσεως που δέχεται το βλήµα από την ράβδο κατά τον χρονο Δt. Eπειδή η µάζα του βλήµατος είναι πολύ µικρή, η πιο πάνω σχέση µε καλή προσέγγιση παίρνει την µορφή: -P -F " #t P F " #t και η (3) γράφεται: m L () = P+F "t 3Px ml x ml = P+F 3Px t x L = P+F t (4) x Eάν απαιτήσουµε η δύναµη F x να είναι µηδενική στην διάρκεια του χρόνου Δt, τότε η (4) γράφεται: 3Px L = P x = L 3 P.M. fysikos

Ένα λεπτό δοκάρι µάζας m και σταθερής διατο µής σε όλο το µήκος του έχει τοποθετηθεί επί δύο κυλίνδρων (Α) και (Β) ίδιας µάζας m και ίδιας ακτίνας r, oι οποίοι µπορουν να περιστρέ φονται περί τους γεωµετρικούς τους άξονες που είναι ακλόνητοι, βρίσκονται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο και είναι µεταξύ τους παράλλη λοι. Κάποια στιγµή εφαρµόζεται επι του δοκαριού δύναµη F της οποίας ο φορέας διευθύνεται κατά µήκος του δοκαριού. Nα βρείτε την ταχύτητα του δοκαριού όταν αυτό έχει µετατοπιστεί κατά S, στις εξής δύο περιπτώσεις: i) τo µέτρο της δύναµης F είναι F=4µmg και ii) τo µέτρο της δύναµης F είναι F=8µmg όπου µ ο συντελεστής οριακής τριβής µεταξύ δοκαριού-κυλίνδρων και g η επιτάχυνση της βαρύτητας. H ροπή αδράνειας κάθε κυλίνδ ρου ως προς τον άξονα περιστροφής του είναι Ι=mr /. ΛΥΣΗ: Ας δέχθούµε ότι το δοκάρι δεν ολισθαίνει επί των επιφανειών των κυλίνδρων (Α) και (Β). Τότε τα σηµεία επαφής των κυλίνδρων µε το δοκάρι θα έχουν επιτρόχια επιτάχυνση ίση µε την επιτάχυνση a της µεταφορικής κινή σεως του δοκαριού, δηλαδή θα ισχύουν οι σχέσεις: a = r " = r " () όπου ", " οι γωνιακές επιταχύνσεις των κυλίνδρων (Α) και (Β) αντιστοί Σχήµα 5 χως. Εστιάζοντας στo δοκάρι παρατηρούµε ότι αυτό κινείται οριζοντίως µε την επίδραση της δύναµης F, της δύναµης επαφής από τον κύλινδρο (Α) που αναλύεται στην κάθετη αντίδραση N και στην τριβή T και τέλος την δύναµη επαφής από τον κύλινδρο (Β) που αναλύεται στην κάθετη αντίδραση N και στην τριβή T. Εφαρµόζοντας για το δοκάρι τον δεύτερο νόµο κίνησης του Νεύ τωνα παίρνουµε την σχέση:

F - T - T = ma () Εξάλλου ο µεν δίσκος (Α) περιστρέφεται υπό την επίδραση της ροπής περί τον άξονά του της τριβής T που δέχεται από το δοκάρι, ο δε δίσκος (Β) περιστρέφε ται υπό την επίδραση της ροπής της αντίστοιχης τριβής T και µάλιστα ισχύ ουν T =- T και T =- T, λόγω του αξιώµατος ισότητας δράσης-αντίδρασης. Εφαρµόζοντας για τους δύο περιστρεφόµενους δίσκους τον θεµελιώδη νόµο της στροφικής κίνησης παίρνουµε τις σχέσεις: r T = I " r T = I " # rt = r m " / rt = r m " / # () T = ma/ " T = ma/ # (3) Η σχέση () λόγω των (3) γράφεται: F - ma/ - ma/ = ma F = 3ma a = F/3m (4) Συνδυάζοντας την σχέση (4) µε τις (3) παίρνουµε: T = T = F/ 6 (5) Όµως εξ αρχής δεχθήκαµε ότι το δοκάρι δεν ολισθαίνει πάνω στις δύο κυλιν δρικές επιφάνειες, που σηµαίνει ότι οι τριβές T, T είναι στατικές, δηλαδή πρέπει να ισχύουν οι σχέσεις: T µn " # T µn ( 5) F/ 6 µn F/ 6 µn " # ( + ) F/ 3 µ ( N +N ) (6) Επειδή το δοκάρι έχει µόνο οριζόντια κίνηση θα ισχύει: N +N = mg µε αποτέλεσµα η (5) να γράφεται: F/ 3 µmg F 6µmg (7) Η (7) αποτελεί την αναγκαία συνθήκη για να µην ολισθαίνει το δοκάρι πάνω στους δύο κυλίνδρους. Διακρίνουµε τώρα τα εξής: i) Εάν το µέτρο της δύναµης F είναι F =4µmg η σχέση (7) ικανοποιείται, που σηµαίνει ότι το δοκάρι δεν ολισθαίνει, δηλαδή οι τριβές επί του συστήµατος είναι οι στατικές και για την επιτάχυνση του δοκαριού ισχύει η σχέση (4), η οποία γράφεται: a = F/3m = 4µmg/3m = 4µg/3 (8)

Από την (8) προκύπτει ότι η κίνηση του δοκαριού είναι οµαλά επιταχυνόµε νη, οπότε το µέτρο της ταχύτητάς του όταν έχει µετατοπιστεί κατά S είναι: v = as ( 8) v = 8µgS/3 (9) ii) Εάν το µέτρο της δύναµης F είναι F =8µmg η σχέση (7) δεν ικανοποιείται, που σηµαίνει ότι το δοκάρι ολισθαίνει επί των κυλίνδρων, δηλαδή oι τριβές είναι τριβές ολίσθησης η σχέση (4) δεν ισχύει, όµως ισχύει η () η οποία γράφε ται:. 8µmg - µn - µn = ma 8µmg - µ ( N +N ) = ma 8µmg - mgµ = ma a = 3µg (0) δηλαδή η κίνηση του δοκαριού είναι οµαλά επιταχυνόµενη και το µέτρο της ταχύτητάς του όταν µετατοπιστεί κατά S θα είναι: v = as (0) v = 6µgS () Παρατήρηση: Στην περίπτωση που το δοκάρι ολισθαίνει επί των κυλίνδρων, τότε για δεδοµέ νη δύναµη F που το µέτρο της δεν ικανοποιεί την (7) το µεν δοκάρι κινείται οριζοντίως µε σταθερή επιτάχυνση οι δε κύλινδροι περιστρέφονται µε µεταβαλ λόµενες γωνιακές επιταχύνσεις, διότι οι τριβές T, T που δέχονται µεταβάλ λονται στην διάρκεια της κίνησης του δοκαριού, καθόσον µεταβάλλονται οι κάθετες αντιδράσεις N, N και µόνο το άθροισµα των µέτρων τους µένει σταθερό και ίσο µε mg. Είναι προφανές ότι στην περίπτωση αυτή παράγεται θερµότητα λόγω τριβών, ενώ στην περίπτωση που το δοκάρι δεν ολισθαίνει επί των κυλίνδρων ( F 6µmg) δεν παράγεται θερµότητα. P.M. fysikos Πρισµατική ράβδος µάζας M, φέρεται σε επαφή µε δύο όµοιους κυλίνδρους που συγκρατούνται επί κεκλιµένου επιπέδου γωνίας κλίσεως φ=π/6 ως προς τον ορίζοντα, µε τους άξονές τους παράλληλους σε κάποια απόσταση, οι οποίοι διευθύνονται κάθετα προς την γραµµή µέγιστης κλίσεως του κεκλιµένου επιπέδου. i) Nα βρεθεί η δύναµη, η οποία πρέπει να εφαρµοσθεί κατά µήκος της πρισµατικής ράβδου, ώστε αυτή να ανέρχεται επί του κεκλιµένου επι πέδου µε επιτάχυνση µέτρου g/, όπου g η επιτάχυνση της βαρύτη τας. ii) Eάν η τριβή µεταξύ των κυλίνδρων και του κεκλιµένου επιπέδου είναι αρκούντως µεγάλη ώστε να είναι απαγορευτική η ολίσθησή τους

επί του κεκλιµένου επιπέδου, να βρεθεί η ελάχιστη τιµή του συντε λεστή οριακής τριβής µεταξύ της πρισµατικής ράβδου και των κυλίν δρων, ώστε η ράβδος να µη ολισθήσει κατά την ανοδική της κίνηση. H ροπή αδράνειας κάθε κυλίνδρου ως προς τον άξονα περιστροφής του είναι I=mR /, όπου R η ακτίνα και m η µάζα του, οι δε κύλιν δροι κυλίονται χωρίς ολίσθηση τόσο πάνω στο κεκλιµένο επίπεδο όσο και πάνω στο δοκάρι. ΛΥΣΗ: i) Η πρισµατική ράβδος εκτελεί ανοδική µεταφορική κίνηση κατά µήκος της γραµµής µέγιστης κλίσεως του κεκλιµένου επιπέδου υπό την επίδραση του βάρους της W, το οποίο αναλύεται στην παράλληλη προς το κεκλιµένο επίπεδο συνιστώσα W και στην κάθετη προς αυτό συνιστώσα W, τις δυνάµεις επαφής από τους κυλίνδρους που αναλύονται στις στατικές τριβές Σχήµα 6 T, T αντίρροπες προς την κατεύθυνση κίνησής της και στις κάθετες αντιδρά σεις N, N και τέλος την ζητούµενη δύναµη F (σχ. 6). Εξάλλου κάθε κύλιν δρος δέχεται το βάρος του w που αναλύεται στην παράλληλη και στην κάθετη προς το κεκλιµένο επίπεδο συνιστώσα w, w αντιστοίχως, τις δυνάµεις επα φής από την πρισµατική ράβδο που αναλύονται στις στατικές τριβές T, T αντίθετες των T, T αντιστοίχως (αξίωµα ισότητας δράσης-αντίδρασης) και στις κάθετες αντιδράσεις N, N αντίθετες των N, N αντιστοίχως και τέλος τις δυνάµεις επαφής από το κεκλιµένο επίπεδο που αναλύονται στις στατικές τριβές f, f και στις κάθετες αντιδράσεις, (σχ. 7). Εφαρµόζοντας για την µεταφορική κίνηση της πρισµατικής ράβδου τον δεύτερο νόµο κίνησης του Νεύτωνα παίρνουµε την σχέση: F - W - T - T = Ma F - Mgµ ("/6) - T - T = Mg/ F - T - T = Mg/ +Mg/ F - T - T = Mg ()

όπου a η επιτάχυνση της ράβδου µε µέτρο g/. Επειδή οι κύλινδροι κυλίονται χωρίς ολίσθηση επί της ράβδου οι επιταχύνσεις των σηµείων επαφής τους µε την ράβδο κατά την διεύθυνση αυτής θα είναι ίσες µε a. Όµως οι κύλινδροι κυλίονται χωρίς ολίσθηση και πάνω στο κεκλιµένο επίπεδο, οπότε οι επιτα χύνσεις των κέντρων µαζας τους θα είναι a /. Το γεγονός αυτό µας επιτρέπει για τους κυλίνδρους να γράψουµε τις σχέσεις: Σχήµα 7 T - w - f = ma " / # T - w - f = ma " / T - mgµ "/6 T - mgµ "/6 ( ) - f = mg/ 4 ( ) - f = mg/ 4 # T - f = mg/ 4 +mg/ " T - f = mg/ 4 +mg/# T - f = 3mg/ 4 " T - f = 3mg/ 4 # () Eξάλλου εφαρµόζοντας για την περιστροφική συνιστώσα της κίνησης κάθε κυλίνδρου τον θεµελιώδη νόµο της στροφικής κίνησης έχουµε: T R +f R = I " # T R +f R = I " T +f = m g/ 4 ( ) / ( ) / T +f = m g/ 4 T +f = mr " / # T +f = mr " / " T +f = mg/ 8 " # T +f = mg/ 8 # (3) Προσθέτοντας κατά µέλη τις σχέσεις () παίρνουµε: ( T +T ) - ( f +f ) = 3mg/ (4) ενώ προσθέτοντας κατά µέλη τις (3) έχουµε: ( T +T ) + ( f +f ) = mg/ 4 (5) Συνδυάζοντας τις σχέσεις (4) και (5) παίρνουµε:

( T +T ) = 7mg/ 4 T +T = 7mg/ 8 (6) H () λόγω της (6) γράφεται: F - 7mg/8 = Mg F = ( 8M+7m)g/ 8 (7) ii) Για να κυλίονται χωρίς ολίσθηση οι δύο κύλινδροι επί της πρισµατικής ράβδου κατά την ανοδική κίνηση της µε επιτάχυνση µέτρου g/, πρέπει τα µέτρα των τριβών T, T να δεσµέυονται µε τις σχέσεις: T " µ N # T " µ N ( + ) T + T " µ N + N ( ) T +T ( N +N ) ( 6) 7mg 8 µmg"# & ( ' 6) 7m 8 µm 3 µ 7 m 4 3 M µ = 7 min 4 3 m# " M όπου µ min η ζητούµενη ελάχιστη τιµή του συντελεστή οριακής τριβής µεταξύ πρισµατικής ράβδου και κυλίνδρων. P.M. fysikos