Μια γυναίκα κάθεται σε κάθισμα …

15. Μια γυναίκα κάθεται σε κάθισμα που μπορεί να περιστρέφεται χωρίς τριβές γύρω από τον κατακόρυφο άξονά του. Η γυναίκα κρατά στα χέρια της έναν οριζόντιο περιστρεφόμενο χωρίς τριβές τροχό ποδηλάτου του οποίου η στροφορμή κατά τον κατακόρυφο άξονά του είναι  L₀. Το κάθισμα στην κατάσταση αυτή είναι ακίνητο. Κάποια στιγμή η γυναίκα περιστρέφει τον τροχό γύρω από οριζόντιο άξονα κατά 180⁰, ώστε η πάνω επιφάνεια του τροχού να έρθει από κάτω. Μετά από αυτό το σύστημα γυναίκα – κάθισμα θα έχει αποκτήσει στροφορμή με μέτρο:

α. 2 L₀.   β. L₀.  γ. L₀/2   δ. 0

Α.  Να επιλέξετε το γράμμα που αντιστοιχεί στο σωστό συμπλήρωμα.

Β. Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας.

• ΑΠΑΝΤΗΣΗ

S.O.S ΘΕΜΑΤΑ Β ΓΙΑ ΤΟ ΣΤΕΡΕΟ – ΜΕΡΟΣ 1ο

Παράλληλη μεταφορά άξονα περιστροφής …

1. Μια λεπτή ομογενής ράβδος μήκους ℓ μπορεί να περιστρέφεται σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από κατακόρυφο άξονα, ο οποίος είναι κάθετος στο ένα άκρο της Α, χωρίς τριβές. Η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς τον άξονα αυτόν είναι: I_(A)= (1/3)mℓ².  Η ράβδος περιστρέφεται υπό την επίδραση σταθερής κατά μέτρο οριζόντιας δύναμης F η οποία ασκείται στο άλλο άκρο της Β και παραμένει συνεχώς κάθετη σ’ αυτή.

Α. Αν μεταφέρουμε παράλληλα τον άξονα περιστροφής στο μέσο της ράβδου ενώ η δύναμη εξακολουθεί να ασκείται στο άκρο Β με τον ίδιο τρόπο, τότε ο λόγος της αρχικής προς την τελική γωνιακή επιτάχυνση της ράβδου θα είναι:

   α) 2,     β)  1/2,    γ) 1/3.

Β. Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας.

• ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Ομογενής τροχός με τη βοήθεια σχοινιού ανέρχεται σε πλάγιο επίπεδο

2. Ομογενής τροχός μάζας m = 2 kgr κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει σε πλάγιο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30^ο. Στην περιφέρειά του υπάρχει εγκοπή αμελητέου βάθους. Μέσα στην εγκοπή είναι τυλιγμένο αβαρές λεπτό νήμα μεγάλου μήκους. Στο ελεύθερο άκρο του νήματος ασκούμε σταθερή δύναμη F με διεύθυνση παράλληλη προς το πλάγιο επίπεδο, όπως φαίνεται στο σχήμα και μέτρο κατάλληλο ώστε ο τροχός να κινείται με υ_cm = σταθ. 

Τότε το μέτρο της F είναι:

  α) 0 Ν,           β)  2 Ν,         γ) 5 Ν.

Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας.

Δίνεται: g = 10m/sec²

• ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Τροχός ποδηλάτου αναγκάζεται να κινηθεί πάνω σε οριζόντιο επίπεδο

3. Ένας ομογενής τροχός ποδηλάτου  μάζας m και ακτίνας R αναγκάζεται να κινηθεί πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F που εφαρμόζεται στο κέντρο μάζας του. Ο συντελεστής μέγιστης στατικής τριβής μεταξύ τροχού και εδάφους είναι μ. Θεωρούμε τη μάζα του τροχού συγκεντρωμένη στην περιφέρειά του.

Ο τροχός κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει όταν η τιμή της δύναμης F είναι μικρότερη από:

  α) 1,5 μmg,         β) 2μmg,        γ) 2,5 μmg

Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας

• ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Ζεύγος δυνάμεων σε τροχό που κινείται σε οριζόντιο δάπεδο

4.  Ένας ομογενής τροχός κυλίεται χωρίς ολίσθηση πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με υ_cm = 10 m/sec και περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα ω = 10 rad/sec. Υπολογίστε τη ροπή ζεύγους δυνάμεων, συνεπίπεδων με τον τροχό, που θα χρειαστεί ώστε ο τροχός να σταματήσει σε 10 sec χωρίς να ολισθήσει.

Δίνεται η ροπή αδράνειας ως προς το κέντρο του τροχού: I = (1/2)mR²  = 10 kg.m²  και ότι η ροπή του ζεύγους διατηρείται σταθερή σε όλη τη διάρκεια της κίνησης.

• ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Δύο όμοιες μικρές σφαίρες ανέρχονται σε πλάγιο επίπεδο

5.  Δύο όμοιες μικρές σφαίρες Α και Β αρχίζουν να ανέρχονται με την ίδια ταχύτητα η καθεμιά σε ένα πλάγιο επίπεδο. Το επίπεδο στο οποίο ανέρχεται η σφαίρα Α είναι τραχύ. Σε όλη τη διάρκεια της ανόδου της κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει. Το επίπεδο στο οποίο ανέρχεται η σφαίρα Β είναι λείο, κι έτσι ανέρχεται πάνω σ’ αυτό χωρίς τριβές. Οι σφαίρες έχουν την ίδια μάζα και την ίδια ακτίνα και τα πλάγια επίπεδα την ίδια γωνία κλίσης φ. Από τις δύο σφαίρες, η σφαίρα Α:

α)  Θα διανύσει μεγαλύτερο μήκος πάνω στο πλάγιο επίπεδο.

β)  Θα διανύσει μικρότερο μήκος πάνω στο πλάγιο επίπεδο.

γ)  Θα διανύσει ίδιο μήκος με τη σφαίρα Β πάνω στο πλάγιο επίπεδο.

     Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας

• ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Σταθερή ροπή λόγω τριβών με των άξονα περιστροφής (1η)

 6. Αφήνουμε τη ράβδο να περιστραφεί από την οριζόντια θέση γύρω από οριζόντιο άξονα που διέρχεται από το άκρο της Ο και είναι κάθετος σ’αυτήν. Κατά την κίνησή της η ράβδος δέχεται σταθερή ροπή λόγω τριβών από τον άξονα περιστροφής.

   Α. Χαρακτηρίστε καθεμία από τις παρακάτω προτάσεις ως σωστή ή λάθος.

   α.  Όταν η ράβδος διέρχεται από την κατακόρυφη διεύθυνση το μέτρο του ρυθμού μεταβολής της στροφορμής της γίνεται ελάχιστο και ίσο με τη ροπή λόγω τριβών.

β.  Η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου στην κατακόρυφη θέση της υπολογίζεται από τη σχέση:  mg(ℓ/2) = (1/2)I_(o)ω², όπου mg το βάρος της ράβδου, ℓ το μήκος της και Ι_(Ο)  η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς το άκρο της Ο.

   γ.  Το έργο της ροπής λόγω τριβών, τ_Τ,  υπολογίζεται από τις σχέσεις:

    i)  W_T = -τ_Τ (π/2),   

    ii)  mg(ℓ/2) = (1/2)I_(o)ω²  + |W_T|

   Β. Να αιτιολογήσετε κάθε χαρακτηρισμό σας.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

mg

mg

A

O