Jakso 7: Jatkoa pyörimisliikkeen dynamiikkaan, liikemäärämomentti
Transcription
Jakso 7: Jatkoa pyörimisliikkeen dynamiikkaan, liikemäärämomentti
Jakso 7: Jatkoa pyörimisliikkeen dynamiikkaan, liikemäärämomentti, liikemäärämomentin säilyminen, jäykän kappaleen tasapaino Näiden tehtävien viimeinen palautus- tai näyttöpäivä on maanantai 17.8.2015. T 7.1 (pakollinen): Määritä voiman F momentin suuruus pisteen O suhteen alla olevan kuvan mukaisissa tapauksissa. Muista myös merkitä kuviin positiivinen kiertosuunta. Sauvan pituus on L. a) O · F b) O · c) O · F F F d) O θ · L/2 e) O · θ F T 7.2 (pakollinen): a) Umpinainen pallo (massa m, säde R) pyörii keskipisteen kautta kulkevan akselin ympäri kulmanopeudella ω. Mikä on pallon kineettinen energia? Mikä on pallon liikemäärämomentti pyörimisakselin suhteen? b) Tämä sama pallo vierii vaakasuoralla tasolla. Kulmanopeus on edelleen ω. Mikä on nyt pallon kineettinen energia? T 7.3 (pakollinen): Tarkastele alla olevaa kuvaa. Kirjoita kaikkien palkkiin vaikuttavien voimien momentit pisteen A suhteen, mutta älä laske momenttien suuruutta. Muista positiivinen kiertosuunta! + A T 7.4: Tasapaksu ympyrälevy, jonka massa on m ja säde R, on kiinnitetty keskipisteen kautta levyn läpi kulkevaan vaakasuoraan akseliin. Pieni esine, jonka massa on myös m, kiinnitetään levyn reunaan. Jos levy vapautetaan levosta siten, että pieni esine on samalla korkeudella kuin akseli, mikä kulmanopeus levyllä on, kun pieni esine on suoraan akselin alapuolella. (Käytä energian säilymisperiaatetta.) T 7.5: Auto liikkuu nopeudella 90 km/h, kun siitä irtoaa pölykapseli, joka alkaa vieriä ylös mäkeä (kaltevuuskulma on 10o). Kuinka kauas pölykapseli pääsee ennen kuin pysähtyy? Oleta pölykapseli tasapaksuksi ympyrälevyksi ja jätä vierimiskitka huomiotta. T 7.6: Alla olevan kuvan mukaisessa systeemissä kappale (massa 2,0 kg) liukuu pitkin kitkatonta tasoa, jonka kaltevuuskulma on 53o. Kappale on kiinnitetty köyteen, joka pyörittää väkipyörää, jonka säde on 0,50 m ja massa 4,0 kg. Oleta väkipyörä tasapaksuksi levyksi. Määritä liukuvan kappaleen kulmakiihtyvyys. 53o T 7.7: Alla olevassa kuvassa on tikapuut, joiden pituus on L ja massa mitätön. Tikapuut nojaavat kitkattomaan seinään kulmassa θ lattiaan nähden. Kitkakerroin tikapuiden ja lattian välillä on 0,50. Henkilö, jonka massa on M, seisoo tikapuilla kohdassa, joka on etäisyydellä 2L/3 tikapuiden alapäästä. a) Luettele kaikki tikapuihin vaikuttavat voimat. b) Luettele kaikki tikapuihin vaikuttavien voimien momentit sekä tikapuiden alapäässä että yläpäässä olevan pisteen suhteen. c) Mikä on pienin kulma θ, jolla tikapuut ovat vielä tasapainossa? T 7.8: Liikemäärämomentin säilymistä voi tutkia alla olevan kuvan mukaisella systeemillä. Siinä on langan toiseen päähän kiinnitetty pieni esine, jonka tässä voidaan ajatella olevan pistemäinen. Lanka pujotellaan ohuen putken läpi. Esine laitetaan pyörimään vaakasuoraa ympyrärataa pitkin. Langan alapäästä pidetään kiinni, jotta esine pysyisi ympyräradalla. Aluksi, kun pyörimissäde on 15 cm, esine pyörii 22 kierrosta 10 sekunnissa. a) Mikä on esineen kulmanopeus, kun pyörimissäde lyhennetään 10 senttimetriin? b) Miksi liikemäärämomentti säilyy, vaikka langan alapäästä vedetään, jolloin esine kokee voiman radan keskipistettä kohden? Jakso 7: Vastaukset T 7.4: 4g 3R T 7.5: 275 m T 7.6: 7,8 rad/s2 T 7.7: 53,1o T 7.8: 31 rad/s