- •Методичні вказівки та розв’язки задач з фізики. Розділ ’механіка’
- •Методичні вказівки та розв’язки задач з фізики. Розділ ’механіка’
- •Методичні вказівки
- •1. Вивчення та аналіз умови задачі:
- •2. Аналіз фізичних явищ та складання алгебраїчних рівнянь:
- •3. Розв’язок системи алгебраїчних рівнянь і знаходження шуканої величини
- •4. Аналіз одержаного результату та обчислення:
- •2. Кінематика Основні формули
- •Приклади розв’язування задач
- •Задачі для самостійної роботи
- •2. Динаміка Методичні вказівки
- •Основні формули
- •Приклади розв’язування задач
- •Задачі для самостійної роботи
- •3. Динаміка твердого тіла Методичні вказівки
- •Основні формули
- •Приклади розв’язування задач
- •Розв’язок:
- •Задачі для самостійної роботи
- •4. Робота. Енергія. Закони збереження Методичні вказівки
- •Основні формули
- •Приклади розв’язування задач
- •Задачі для самостійної роботи
- •Спеціальна теорія відносності
- •Приклади розв’язування задач
- •Задачі для самостійної роботи
Основні формули
Абсолютно твердим тілом називається таке тіло. яке не можна деформувати. Його можна уявити як сукупність матеріальних точок, відстань між якими незмінна.
Момент
інерції
-це
міра
інертності твердого тіла, скалярна
фізична величина, яка дорівнює сумі
добутків елементарних мас на квадрати
їх відстані від деякої осі:
- для дискретно розподілених елементарних
мас,
- для неперервно розподілених елементарних
мас.
Тут
(
)
– елементарна маса,
(
)
- відстань від елементарної маси до осі
обертання.
. Теорема
Гюйгенса - Штайнера:
’Момент інерції
відносно довільної осі дорівнює сумі
моментів інерції
відносно осі, паралельній даній і яка
проходить через центр мас тіла та добутку
маси тіла на квадрат відстані між осями:
.
Розмірність
моменту інерції:
Моменти інерції деяких однорідних тіл правильної геометричної форми (Мал.20):
|
-радіус
циліндра і кулі,
|
Мал. 20 |
Моментом
сили
відносно точки
,
з якої проводиться радіус-вектор
до точки прикладання сили,
називається
псевдовектор (Мал. 21):
|
|
|
Модуль моменту сили дорівнює:
де
Моментом
сили відносно осі
|
||
Моментом
імпульсу твердого тіла відносно точки
є
псевдовектор
В загальному випадку напрям вектора не співпадає з |
Мал. 22 |
|
напрямом
осі обертання
і повертається разом з тілом довкола
цієї осі. Для однорідного тіла, симетричного
відносно осі обертання, напрямок моменту
імпульсу відносно точки
співпадає з напрямком вектора кутової
швидкості
:
.
Якщо
вісь обертання проходить через центр
мас тіла
,
то значення моменту імпульсу
не залежить від положення точки
на осі обертання. Розмірність моменту
імпульсу:
Центром
мас
називається така точка
,
радіус – вектор
,
якої визначається за формулою:
=
,
де
-
маса
твердого тіла.
- елементарна маса,
- радіус - вектор елементарної маси
відносно початку відліку. В однорідному
полі сили тяжіння центр мас співпадає
з центром тяжіння.
Рівняння
руху центра мас:
Основний
закон динаміки обертального руху:
,
де
-кутове
прискорення,
-
сума моментів всіх зовнішніх сил.іло.
Рівняння
моментів:
.
Умови
рівноваги твердого тіла:
,
Приклади розв’язування задач
Задача
3.1. Знайти
момент інерції тонкого однорідного
дротяного кільця радіусом
=0,5
і масою
=1
відносно осі: 1) яка співпадає з його
діаметром, 2) яка паралельна до діаметра
і проходить через край кільця.
Розв’язок:
Дано: =0,5 =1
-?,
Знайдемо
момент інерції кільця відносно осі
. (1) (1) Кут
|
|
кільце тонке і однорідне, його лінійна густина
, (1)
а маса малої частини кільця - елементарна маса:
=
,
де
(2)
Відстань елементарної маси до осі обертання:
. (3)
Підставимо
вирази (2) і (3) в формулу (1) і отримаємо
момент інерції кільця відносно осі
:
=
=
(4)
Знайдемо
момент інерції кільця відносно осі
,
використавши теорему Гюйгенса - Штайнера:
=
(5)
Підставимо в формули (4, 5) числові значення:
=0,125
,
=0,187
Відповідь: =0,125 , =0,187
Задача
3.2. Дві
кулі з однаковими радіусами
=0,05
і масами
=
закріплені на кінцях стержня довжиною
і вагою
=
.
Знайти момент інерції системи відносно
осі, що проходить через середину стержня
перпендикулярно до нього. Оцінити
відносну похибку, яка допускається,
якщо кулі вважати матеріальними точками.
Розв’язок:
Дано: =0,05 . =
-? ,
Момент інерції системи тіл (Мал. 24) дорівнює сумі моментів
|
Мал. 24 |
інерції кожного тіла зокрема.
Момент
інерції стержня
масою
і довжиною
відносно осі
дорівнює:
.
Момент
інерції кулі відносно осі
:
.
Визначимо момент інерції кулі відносно осі , скориставшись теоремою Гюйгенса – Штайнера:
=
+
(1)
Момент інерції всієї системи буде дорівнювати:
=
(2)
Якщо
вважати стержень невагомим, а кулі –
точковими масами, то момент інерції
системи тіл буде таким:
(3)
Підставивши числові значення в формули (2) і (5), отримаємо:
,
.
Відносна
похибка:
=
=0,174
Відповідь: , , =0,174.
Задача
3.3. В
верхній точці похилої площини, з кутом
нахилу до горизонту
=300,
закріплено блок, радіус якого
і маса
= 1
,
через який перекинута невагома і
нерозтяжна нитка. До кінців нитки
прив’язані вантажі масами
=
і
=
.
Знайти за який час вантаж
пройде шлях 60см від початку руху?
Тертя нитки та блоку відсутнє. Коефіцієнт
тертя вантажу
по похилій площині
=0,25.
