يتألف نواس ثقلي مركب من ساق شاقولية متجانسة، كتلتها (0.5kg)، طولها (1.5m)، يمكنها أن تنوس حول محور أفقي مار من طرفها العلوي،

  • فيزياء

يتألف نواس ثقلي مركب من ساق شاقولية متجانسة، كتلتها (0.5kg)، طولها (1.5m)، يمكنها أن تنوس حول محور أفقي مار من طرفها العلوي، ومثبت عليها كتلة نقطية (m'=0.5kg) على بعد (1m) من هذا الطرف، كما في الشكل المجاور. والمطلوب:

  1. احسب دور هذا النواس في حالة السعات الزاوية الصغيرة.
  2. نزيح جملة النواس عن موضع توازنها الشاقولي بزاوية (π/2 rad)، ونتركها دون سرعة ابتدائية. احسب الطاقة الحركية للنواس لحظة مروره بالشاقول، ثم احسب السرعة الخطية للكتلة النقطية ('m) عندئذ.

(عزم عطالة ساق حول محور عمودي على مستويها ومار من مركز عطالتها I∆/c = 1/12 ML2)

الأجوبة

حساب دور هذا النواس في حالة السعات الزاوية الصغيرة:

To = 2.π √(I / (m'+M).g.d

حساب عزم عطالة النواس:

عزم عطالة الساق حسب نظرية هايغنز:

I∆\o = I∆\c + M.d'2

I∆\o = 1/12*M.L2 + M.(L/2)2 = 1/3*M.L2 = 1/3*0.5*(1.5)2  = 0.375 Kg.m2

عزم عطالة الكتلة النقطية :

I∆m' = m'.r'2 = 0.5*(1)2 = 0.5 kg.m2

عزم عطالة جملة النواس:

I = 0.375 + 0.5 = 0.875 kg.m2

حساب d:

d = (M.r1 + m'.r'2) / (M+m')

d = (M.(L/2) + m.r) / (M+m)

d = (0.5*0.75 + 0.5*1) / (0.5+0.5) = 0.875 m

To = 2.π √(0.875 / (0.5+0.5)*10*0.875 = 2 s

نطبق نظرية الطاقة الحركية بين الوضعين:

 

الأول المطال الزاوي الأعظمي (θ1=θmax):

الثاني المرور بالشاقول (θ2=0):

∆Ek = ∑WF

Ek2 - Ek1 = WF + WR

Ek - 0 = (M+m').g.h + 0

WR = 0                   (لأن نقطة التأثير لا تنتقل)

Ek  = (M+m').g.h

h = d

Ek = (M+m').g.d

Ek = (0.5+0.5)*10*0.875 = 8.75 J

Ek = 1/2*I.ω2

السرعة الزاوية عند المرور بالشاقول:

ω = 2Ek/I  = √(2*8.75)/(0.875) = √20 = 2√5 rad/s

السرعة الخطية عند المرور بالشاقول:

v = ω.r = 2√5*1 = 2√5 m/s

هل كان المحتوى مفيد؟

تبحث عن مدرس اونلاين؟

محتاج مساعدة باختيار المدرس الافضل؟ تواصل مع فريقنا الان لمساعدتك بتأمين افضل مدرس
ماهو التخصص الذي تبحث عنه؟
اكتب هنا...