Author's photo
Анонімний автор
fyzika - vš

Fyzika

Aká je uhlová rýchlosť ω homogénnej tenkej tyče, ktorá sa môže otáčať okolo osi kolmej
na tyč prechádzajúcej jej ťažiskom, ak v nej uviazne strela s hmotnosťou m vo vzdialenosti L/2 od ťažiska? Strela dopadla rýchlosťou v kolmou na tyč aj os otáčania tyče.
Hmotnosť tyče je M a jej dĺžka 2L. Os tyče je kolmá na zem.

1 відповідей
Pri zachytení strely platí zachovanie momentov hybnosti (Lh = J * omega) vzhľadom ku osi otáčania:
Lh_t0 + Lh_s0 = Lh_t1 + Lh_s1 (indexy t=tyč, s=strela).
Počiatočné momenty hybnosti sú:
Lh_t0 = 0 pre tyč, a Lh_s0 = J_s * omega_s0,
pričom J_s = m * (L/2)^2, omega_s0 = v / (L/2) = 2*v/L, čiže
Lh_s0 = m * (L/2)^2 * 2*v/L = m * v * L / 2
Moment zotrvačnosti tyče je:
J_t = 1/12 * M * (2*L)^2 = 1/3 * M * L^2
Koncové (po zachytení strely) momenty hybnosti sú:
Lh_t1 = J_t * omega,
Lh_s1 = J_s * omega,
čiže z Lh_t0 + Lh_s0 = Lh_t1 + Lh_s1 dostávame:
m * v * L / 2 = (J_t + J_s) * omega = (1/3 * M * L^2 + (m/4) * L^2) * omega
z toho vyjadrením omega:
omega = m*v*L/2 / (1/3 * M * L^2 + (m/4) * L^2) =
= (v/L) * 1/ (2/3 * (M/m) + 1/2)