Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Издание мех РГР.doc
Скачиваний:
4
Добавлен:
17.08.2019
Размер:
2.32 Mб
Скачать

Продольный размер тела

,

где – длина в системе, неподвижной относительно тела; lдлина тела, движущегося со скоростью .

Относительное изменение продольного размера

Из релятивистской формулы кинетической энергии найдём значение:

qU,

откуда

Тогда

Подставив числовые данные, получим для электрона

Для протона

Ответ:

вар.

U, 106В

частица

%

21

?

p

0,2

22

2

e

?

23

0,9

e

?

24

?

e

0,09

25

?

p

0,07

26

1,5

p

?

27

1,7

e

?

28

?

α

0,4

29

1,8

p

?

30

1,9

α

?

Глава 2. Вариант № 1

Диск массой 1 кг и радиусом 20 см вращается вокруг оси симметрии диска. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад. Определить момент инерции диска, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение. Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию диска для момента времени t= 0,4 c. Найти работу внешней силы за время 0,4 с от начала движения.

Вычислить линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на ободе диска, в момент времени

t= 0,4 с и на рисунке указать направления векторов.

Построить графики зависимости от времени: а) момента силы,

б) угловой скорости, в) нормального ускорения за 0,4 секунд движения. Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса диска.

Вариант № 2

Шар массой 0,2 кг и радиусом 8 см вращается вокруг оси, проходящей через его центр масс. Угол поворота шара меняется со временем по закону , рад.

Определить момент инерции шара, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать линейную скорость, нормальное, тангенциальное и полное ускорение точки, находящейся на поверхности шара на расстоянии 0,08 м от оси вращения, в момент времени t=1c и на рисунке показать направления векторов.

Вычислить момент силы, момент импульса и кинетическую энергию шара в момент времени t=1c. Рассчитать работу внешней силы, приводящей в движение шар, в интервале времени от 0 до 1с. Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) момента импульса,

в) линейной скорости.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант №3

Стержень массой 0,5 кг и длиной 20 см вращается вокруг оси, перпендикулярной стержню и проходящей через его центр масс. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции стержня, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, момент импульса и кинетическую энергию стержня для момента времени t=0,5 c от начала движения. Найти работу внешней силы за время 0,5с от начала движения.

Вычислить линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение для точки, находящейся на одном из концов стержня, и на рисунке указать направления векторов.

Построить графики зависимости от времени: а) угловой скорости, б) кинетической энергии, в) тангенциального ускорения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса стержня.

Вариант № 4

Тонкостенный цилиндр массой 0,2 кг и радиусом 10 см вращается вокруг прямой, совпадающей с его осью симметрии. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции цилиндра, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию для момента времени t=0,5 c от начала движения.

Вычислить линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на поверхности цилиндра, и на рисунке указать направления векторов. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,5 с.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) момента импульса, в) работы за 0,5 секунд движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса цилиндра.

Вариант № 5

Сферическая оболочка массой 0,5 кг и радиусом 20см вращается вокруг оси, проходящей через центр масс. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Вычислить момент инерции, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение. Рассчитать: момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию тела для момента времени t=0,8 c от начала движения

Определить линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки сферической оболочки, находящейся на расстоянии 20 см от оси вращения, и на рисунке указать направления векторов. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,8 с.

Построить графики зависимости от времени: а) момента силы, б) угловой скорости, в) кинетической энергии за 0,8 секунды движения. Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант №6

Стержень массой 0,2 кг и длиной 20 см вращается вокруг оси, проходящей через один из его концов и перпендикулярной стержню. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Вычислить момент инерции стержня относительно оси вращения, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию стержня в момент времени t=0,4 c, а также линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение для точки, находящейся на дальнем от оси вращения конце стержня, и на рисунке указать направления векторов. Найти работу внешней силы за время 0,4 с от начала движения.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) кинетической энергии, в) линейной скорости за 0,4 секунды движения. Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант № 7

Диск массой 0,5 кг и радиусом 10 см вращается вокруг оси симметрии. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Вычислить момент инерции диска, мощность, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение. Определить время, за которое диск остановится, и число оборотов диска. Найти работу внешней силы за время движения.

Рассчитать момент силы, момент импульса и кинетическую энергию диска для момента времени t=4 c от начала движения, а также линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение для точки, находящейся на ободе диска.

Построить графики зависимости от времени: а) момента силы, б) угловой скорости, в) работы.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант № 8

Шар массой 0,2 кг и радиусом 5 см вращается вокруг оси, проходящей через его центр масс. Угол поворота шара меняется со временем по закону , рад.

Определить момент инерции шара, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение. Определить время, за которое угловая скорость уменьшится до нуля, и число оборотов шара.

Рассчитать линейную скорость, нормальное, тангенциальное и полное ускорение для точки, находящейся на расстоянии 0,05 м от оси вращения в момент времени t=0,5с, а также момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию шара. Найти работу внешней силы за время движения.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) момента импульса, нормального ускорения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант №9

Стержень массой 0,4 кг и длиной 20 см вращается вокруг оси, перпендикулярной стержню и проходящей через его центр масс. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад. Вычислить момент инерции стержня, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение. Определить время, за которое угловая скорость уменьшится до нуля, и число оборотов стержня. Найти работу внешней силы за время движения.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию стержня в момент времени t=1 c, а также линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на одном из концов стержня.

Построить графики зависимости от времени: а) угловой скорости, б) кинетической энергии, в) тангенциального ускорения. Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса стержня.

Вариант № 10

Тонкостенный цилиндр массой 1 кг и радиусом 15 см вращается вокруг оси, проходящей через его ось симметрии. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции цилиндра, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение. Вычислить время, за которое угловая скорость уменьшится до нуля, и число оборотов цилиндра.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию в момент времени t=3 c, а также линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на поверхности цилиндра. Найти работу внешней силы за время движения цилиндра.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) момента импульса, в) работы.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса цилиндра.

Вариант № 11

Сферическая оболочка массой 0,8 кг и радиусом 20см вращается вокруг оси, проходящей через ось симметрии. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид: , рад.

Определить момент инерции, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, момент импульса и кинетическую энергию тела в момент времени t=4 с.

Вычислить линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки сферической оболочки, находящейся на расстоянии 20 см от оси вращения. Определить время, необходимое для остановки тела, и число оборотов. Найти работу внешней силы за время движения и мощность при t= 4 c.

Построить графики зависимости от времени: а) момента силы, б) угловой скорости, в) кинетической энергии. Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант №12

Стержень массой 1 кг и длиной 15 см вращается вокруг оси, проходящей через один из его концов и перпендикулярной стержню. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции стержня относительно оси вращения, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Вычислить время, необходимое для остановки стержня, и число оборотов. Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию стержня для момента времени t=8 c, а также линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение для точки, находящейся на дальнем от оси вращения конце стержня. Определить время, необходимое для остановки тела, и число оборотов. Найти работу внешней силы за время движения.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) кинетической энергии, в) нормального ускорения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант № 13

Диск массой 1 кг и радиусом 10 см вращается вокруг оси, проходящей через его ось симметрии. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид ,рад.

Определить момент инерции диска, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию диска для момента времени t=0,7 c от начала движения, а так же линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на ободе диска. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,4 с.

Построить графики зависимости от времени: а) момента силы, б) угловой скорости, в) работы за 0,7 секунд движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант № 14

Шар массой 0,4 кг и радиусом 20 см вращается вокруг оси, проходящей через его центр масс. Угол поворота шара меняется со временем по закону ,рад.

Определить момент инерции шара, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать линейную скорость, нормальное, тангенциальное и полное ускорение для точки шара, находящейся на расстоянии 0,2 м от оси вращения в момент времени t=0,6c от начала движения, показать направления векторов.

Вычислить момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию шара при t=0,6c. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,6 с.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) момента импульса, в) мощности за 0,6 секунд от начала движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса шара.

Вариант №15

Стержень массой 1 кг и длиной 20 см вращается вокруг оси, проходящей через его центр масс и перпендикулярной стержню. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции стержня, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию стержня для момента времени t=0,5 c от начала движения, а так же линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение для точки, находящейся на одном из концов стержня. Найти работу внешней силы за время 0,5 с от начала движения.

Построить графики зависимости от времени: а) угловой скорости, б) кинетической энергии, в) тангенциального ускорения за 0,5 секунд движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса стержня.

Вариант № 16

Тонкостенный цилиндр массой 0,5 кг и радиусом 10 см вращается вокруг оси, симметрии цилиндра. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции цилиндра, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию для момента времени t=0,4 c от начала движения, а также линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на поверхности цилиндра. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,4 с.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) момента импульса, в) кинетической энергии за 0,4 секунды движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса цилиндра.

Вариант № 17

Сферическая оболочка массой 1 кг и радиусом 20см вращается вокруг прямой, совпадающей с осью симметрии. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид: , рад.

Определить момент инерции, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию тела для момента времени t=0,3 c от начала движения. Вычислить линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки сферической оболочки, находящейся на расстоянии 20 см от оси вращения, и на рисунке указать направления векторов. Найти работу внешней силы за время 0,3с от начала движения.

Построить графики зависимости от времени: а) момента силы, б) угловой скорости, в) мощности за 0,3 секунд движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса тела.

Вариант №18

Стержень массой 0,5 кг и длиной 20 см вращается вокруг оси, проходящей через один из его концов и перпендикулярной стержню. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Вычислить момент инерции стержня относительно оси вращения, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию стержня в момент времени t=0,7 c, а также линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на дальнем от оси вращения конце стержня. Найти работу внешней силы за время 0,7 с от начала движения.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) кинетической энергии, в) линейной скорости за 0,7 секунд движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант № 19

Диск массой 0,4 кг и радиусом 15 см вращается вокруг прямой, совпадающей с его осью симметрии. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции диска, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию диска для момента времени t=0,2 c от начала движения. Вычислить линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на ободе диска, при t=0,2 c. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,2с.

Построить графики зависимости от времени: а) момента силы, б) угловой скорости, в) нормального ускорения за 0,2 секунды движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса диска.

Вариант № 20

Шар массой 0,2 кг и радиусом 5 см вращается вокруг оси, проходящей через его центр масс. Угол поворота шара меняется со временем по закону , рад.

Определить момент инерции шара, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать линейную скорость, нормальное, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на расстоянии 0,05 м от оси вращения в момент времени t=0.3c от начала движения. Вычислить момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию шара. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,3 с.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) момента импульса, в) работы за 0,3 секунды движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант №21

Стержень массой 0,8 кг и длиной 20 см вращается вокруг оси, проходящей через его центр масс и перпендикулярной стержню. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад. Определить момент инерции стержня, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию стержня для момента времени t=0,5 c от начала движения. Вычислить при t=0,5 c линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на одном из концов стержня, и на рисунке показать их направления. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,5 с.

Построить графики зависимости от времени: а) угловой скорости, б) кинетической энергии, в) тангенциального ускорения за 0,5 секунды движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса стержня.

Вариант № 22

Тонкостенный цилиндр массой 0,7 кг и радиусом 10 см вращается вокруг оси, проходящей через его центр масс. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции цилиндра, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию для момента времени t=1 c, а также линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на поверхности цилиндра. Найти работу внешней силы за время 1с от начала движения.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) момента импульса, в) нормального ускорения за 1 секунду движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса цилиндра.

Вариант № 23

Сферическая оболочка массой 2 кг и радиусом 20см вращается вокруг оси, проходящей через центр масс. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию тела для момента времени t=0,5 c от начала движения. Вычислить при t=0,5 c линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки сферической оболочки, находящейся на расстоянии 20 см от оси вращения и на рисунке указать направления векторов. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,5 с.

Построить графики зависимости от времени: а) момента силы, б) угловой скорости, в) мощности за 0,5 секунды движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант №24

Стержень массой 0,5 кг и длиной 20 см вращается вокруг оси, перпендикулярной стержню и проходящей через один из его концов. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции стержня относительно оси вращения, зависимость угловой скорости от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию стержня для момента времени t=0,2 c.

Вычислить линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение в момент времени t=0,2 c для точки, находящейся на дальнем от оси вращения конце стержня и на рисунке указать направления векторов. Найти работу внешней силы за время 0,2 с от начала движения.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) кинетической энергии, в) линейной скорости за 0,2 секунд движения. Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант № 25

Шар массой 0,2 кг и радиусом 10 см вращается вокруг оси, проходящей через его центр масс. Угол поворота шара меняется со временем по закону , рад.

Определить момент инерции шара, зависимость угловой скорости, момента импульса и кинетической энергии от времени, угловое ускорение.

Рассчитать линейную скорость, нормальное, тангенциальное и полное ускорение для точки шара, находящейся на расстоянии 0,2 м от оси вращения в момент времени t=0,6c, на рисунке показать направления векторов.

Вычислить момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию шара при t=0,6c. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,6 с.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) момента импульса, в) работы за промежуток времени 0,6 с.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса шара.

Вариант №26

Стержень массой 0,8 кг и длиной 20 см вращается вокруг оси, проходящей через его центр масс и перпендикулярной стержню. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции стержня, зависимость угловой скорости, момента импульса и кинетической энергии от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию стержня для момента времени t=0,5 c, а также линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на одном из концов стержня.

Построить графики зависимости от времени: а) угловой скорости, б) кинетической энергии, в) тангенциального ускорения за 0,5 секунд движения. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,5 с.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса стержня.

Вариант № 27

Тонкостенный цилиндр массой 0,7 кг и радиусом 10 см вращается вокруг оси, симметрии цилиндра. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид рад.

Определить момент инерции цилиндра, зависимость угловой скорости, момента импульса и кинетической энергии от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию для момента времени t=0,5 c, а также линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на поверхности цилиндра.

Построить графики зависимости от времени: а) углового ускорения, б) момента импульса, в) работы за 0,5 секунды движения. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,5с.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса цилиндра.

Вариант № 28

Сферическая оболочка массой 1 кг и радиусом 20см вращается вокруг прямой, совпадающей с осью симметрии. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид: , рад.

Определить: момент инерции, зависимость угловой скорости, момента импульса и кинетической энергии от времени, угловое ускорение.

Рассчитать: момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию тела для момента времени t=0,4 c. Вычислить линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки сферической оболочки, находящейся на расстоянии 20 см от оси вращения, и на рисунке указать направления векторов. Найти работу внешней силы за время от 0 до 0,4 с.

Построить графики зависимости от времени: а) момента импульса, б) углового ускорения, в) мощности за 0,4 с движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса тела.

Вариант №29

Стержень массой 0,5 кг и длиной 20 см вращается вокруг оси, проходящей через один из его концов и перпендикулярной стержню. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции стержня относительно оси вращения, зависимость угловой скорости, момента импульса и кинетической энергии от времени, угловое ускорение.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию стержня в момент времени t=0,3 c, а также линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на дальнем от оси вращения конце стержня. Найти работу внешней силы за время 0,3с от начала движения.

Построить графики зависимости от времени: а) момента силы, б) кинетической энергии. в) линейной скорости.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса.

Вариант № 30

Толстостенный цилиндр массой =0,4 кг и радиусами см и см вращается вокруг оси симметрии цилиндра. Зависимость углового пути от времени имеет следующий вид , рад.

Определить момент инерции цилиндра, зависимости угловой скорости, момента импульса, кинетической энергии, углового ускорения и момента силы от времени.

Рассчитать момент силы, мощность, момент импульса и кинетическую энергию для момента времени t=0,5 c, а также линейную скорость, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки, находящейся на поверхности цилиндра. Найти работу внешней силы за время 0,5с от начала движения.

Построить графики зависимости от времени: а) момента силы, б) угловой скорости за 0,5 секунды движения.

Показать на рисунке направления векторов: угловой скорости, углового ускорения, момента силы, момента импульса цилиндра, нормального, тангенциального и полного ускорения точки на поверхности цилиндра.

Рассмотрим в качестве примера решение варианта задания № 30

Дано

СИ

Решение

см

см

m=0,4 кг

t =0,5 c

м

м

Момент инерции толстостенного цилиндра, вращающегося вокруг неподвижной оси, проходящей через его центр масс, определяют по формуле

. (1)

Угловой путь тела задан выражением

. (2)

Угловая скорость определяется по формуле

.

(t), (t),M(t),

L(t),W(t)-? J, , , M, L, W, А,N, , ,

, -?

Угловая скорость тела равна первой производной углового пути по времени.

Угловая скорость показывает угловой путь, совершаемый телом за единицу времени. Элементарный поворот и угловая скорость тела, вращающегося вокруг неподвижной оси, направлены вдоль оси вращения по правилу правого винта (рис.2): если головка винта вращается по направлению вращения тела, то острие винта показывает направление угловой скорости и элементарного поворота. Выберем систему координат так, чтобы ось Z совпала с осью вращения и была сонаправлена с угловой скоростью. Запишем формулу для модуля угловой скорости и возьмем производную углового пути по времени, учитывая выражение (2),

. (3)

Угловое ускорение равно первой производной угловой скорости по времени

.

Угловое ускорение показывает изменение угловой скорости тела за единицу времени.

Запишем модуль углового ускорения и возьмем производную по времени

от правой части формулы (3)

(рад/с2). (4)

Угловое ускорение положительная и постоянная величина в данной задаче, поэтому сонаправлено с угловой скоростью, а движение является равноускоренным. (Если угловое ускорение отрицательно, то оно направлено противоположно угловой скорости, а движение тела будет равнозамедленным).

Момент силы относительно оси равен проекции на эту ось момента силы относительно любой точки этой оси.

Момент силы относительно оси Z, которая совпадает с осью вращения тела, можно определить из основного уравнения динамики вращательного движения (будем считать, что ось Z совпадает с главной осью инерции, проходящей через центр масс)

.

Угловое ускорение тела прямо пропорционально моменту силы и обратно пропорционально моменту инерции тела. Момент инерции тела относительно оси является мерой инертности тела при вращении его относительно этой оси.

Для модуля момента силы можно записать выражение

. (5)

Момент импульса вращающегося цилиндра относительно точки равен произведению момента инерции и угловой скорости тела.

.

Модуль момента импульса относительно оси Z рассчитывается по формуле

. (6)

Кинетическая энергия вращающегося тела имеет следующий вид

. (7)

Работа внешней силы равна изменению кинетической энергии тела

А=22 – ω12). (8)

Мгновенную мощность можно рассчитать по формуле

N=ωM. (9) Линейная скорость указанной точки связана с угловой скоростью

,

а модуль линейной скорости равен

. (10)

Тангенциальное ускорение точки, расположенной на поверхности цилиндра,

связано с угловым ускорением выражением

,

и его модуль можно вычислить по формуле

или . (11)

Тангенциальное ускорение характеризует изменение модуля скорости.

Нормальное ускорение можно представить в векторном виде

и рассчитать по формуле

или . (12)

Нормальное ускорение характеризует изменение направления скорости.

Полное ускорение характеризует изменение модуля и направления скорости и равно геометрической сумме нормального и тангенциального ускорений

, (13)

а модуль полного ускорения равен

. (14)