Η ισορροπία και η στροφορμή σε ένα παιδικό παιχνίδι

 Ένα παιδικό παιχνίδι αποτελείται από την τραπεζοειδή ξύλινη επιφάνεια του σχήματος, η οποία περιστρέφεται γύρω από τον σταθερό κατακόρυφο άξονα zz΄.

Το κυλινδρικό σώμα Σ, μάζας m = 0,18 kg, φέρει οπή κατά μήκος  του άξονά του και μπορεί να ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω στη λεπτή ράβδο ΑΒ.

Όταν το ξύλινο τραπέζιο περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα ω, το σώμα ισορροπεί σε απόσταση ℓ = 3/8 m από το Β.

α. Να βρείτε τη στροφορμή του σώματος Σ ως προς τον άξονα zz΄. Δίνεται συνθ = 0,6.

β. Διπλασιάζουμε τη γωνιακή ταχύτητα περιστροφής. Να αποδείξετε ότι το σώμα Σ θα σταθεροποιηθεί σε μια θέση, πλησιέστερα προς τον άξονα περιστροφής, και ότι στη θέση αυτή η κινητική του ενέργεια είναι τέσσερις φορές μικρότερη από την αρχική.

γ. Πόση είναι η στροφορμή του Σ στη νέα θέση ισορροπίας του;

δ. Αν ο διπλασιασμός της γωνιακής ταχύτητας έγινε με σταθερή γωνιακή επιτάχυνση α_γων = 5 rad/sec² να υπολογίσετε το μέτρο της συνολικής ροπής που ασκήθηκε το σώμα Σ.

Οι διαστάσεις  του κυλινδρικού σώματος να θεωρηθούν αμελητέες.

Η απάντηση: