Маховик в виде диска массой m =50 кг и радиусом r=120см находится в состоянии покоя. какую работу а нужно совершить, чтобы сообщить маховику частоту n=10c^-1
При прохождении автомобилем нижней точки вогнутого моста, на него действует 2 силы: сила тяжести Fт, направленная вертикально вниз, сила N, с которой поверхность моста давит на автомобиль, направленная вертикально вверх.
m * a = Fт + N - 2 закон Ньютона в векторной форме.
Для проекций на вертикальную ось, которая направленная вертикально вверх, 2 закон Ньютона примет вид: m * a = - Fт + N.
N = m * a + Fт.
Силу тяжести Fт выразим формулой: Fт = m * g.
N = m * a + m * g = m *(a + g).
Центростремительное ускорение а найдем по формуле: a = V2 / R.
N = m * (V2 / R + g).
3 закон Ньютона: N = Р.
Р = m * (V2 / R + g).
Р = 3600 кг * ((20 м/с)2 / 100 м + 10 м/с2) = 50400 Н.
ответ: в нижней точке вогнутого моста сила давления автомобиля на мост составляет Р = 50400 Н.
Так как скорость платформы постоянна, результирующий момент всех внешних сил относительно оси вращения равен нулю. Следовательно, момент импульса относительно оси вращения системы платформа–человек остается постоянным:
I1⋅ω1=I2⋅ω2(1)
где I1 – момент инерции платформы с человеком относительно оси вращения, ω1– угловая скорость платформы до уменьшения момента инерции человека I01, I2 и ω 2– соответственно момент инерции и угловая скорость после уменьшения момента инерции человека до I02.
m = 3,6 т = 3600 кг.
g = 10 м/с2.
V = 72 км/ч = 20 м/с.
R = 100 м.
P - ?
При прохождении автомобилем нижней точки вогнутого моста, на него действует 2 силы: сила тяжести Fт, направленная вертикально вниз, сила N, с которой поверхность моста давит на автомобиль, направленная вертикально вверх.
m * a = Fт + N - 2 закон Ньютона в векторной форме.
Для проекций на вертикальную ось, которая направленная вертикально вверх, 2 закон Ньютона примет вид: m * a = - Fт + N.
N = m * a + Fт.
Силу тяжести Fт выразим формулой: Fт = m * g.
N = m * a + m * g = m *(a + g).
Центростремительное ускорение а найдем по формуле: a = V2 / R.
N = m * (V2 / R + g).
3 закон Ньютона: N = Р.
Р = m * (V2 / R + g).
Р = 3600 кг * ((20 м/с)2 / 100 м + 10 м/с2) = 50400 Н.
ответ: в нижней точке вогнутого моста сила давления автомобиля на мост составляет Р = 50400 Н.
Так как скорость платформы постоянна, результирующий момент всех внешних сил относительно оси вращения равен нулю. Следовательно, момент импульса относительно оси вращения системы платформа–человек остается постоянным:
I1⋅ω1=I2⋅ω2(1)
где I1 – момент инерции платформы с человеком относительно оси вращения, ω1– угловая скорость платформы до уменьшения момента инерции человека I01, I2 и ω 2– соответственно момент инерции и угловая скорость после уменьшения момента инерции человека до I02.
I1=I0+I01,I2=I0+I02
Момент инерции платформы (диска) равен
I0=12m1R2.
С учетом этого равенство (1) примет вид
(12mR2+I01)ω1=(12mR2+I02)ω2,ω=2πn⇒(12mR2+I01)n1=(12mR2+I02)n2n2=(12mR2+I01)n112mR2+I02=(12⋅25⋅0,82+3,5)⋅1812⋅25⋅0,82+1=23.
ответ: 23 об/мин.