20141203στερεο digital

ΑΣΚΗΣΕΙΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗ ΣΤΕΡΕΟ

1. Μια ράβδος ΑΒ περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από έναν σταθερό οριζόντιο άξονα που περνάειαπό ένα σημείο πάνω στηράβδο.Το άκρο Α έχει γραμμικήταχύτητα που έχει

μέτρο ενώ

το άκρο Β έχει γραμμικήταχύτητα

μέτρου .

Αν το μήκος της ράβδου είναι να βρεθούν:α) Η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου.β) Η απόσταση που απέχει το άκρο Α της ράβδου από τον άξονα περιστροφής.γ) Η γωνία στροφής της ράβδου σε χρόνο .δ) Ο αριθμός των περιστροφών της ράβδου στον παραπάνω χρόνο.

1α) Στο σχήμα φαίνεται πως μεταβάλλεται η γωνιακή ταχύτητα ενός δίσκου που εκτελεί μόνο στροφική κίνηση γύρωαπό σταθερό άξοναπεριστροφής. Δίνεται ακτίναδίσκου .α) Να βρεθούν οι γωνιακέςεπιταχύνσεις που έχει το κινητόσε κάθε κίνηση.β) Να γίνει το διάγραμμαεπιτάχυνσης-χρόνου για όλητην κίνηση.γ) Να βρεθεί η συνολική γωνία που έχει διαγράψει ο δίσκος.δ) Ένα σημείο Α απέχει από τον άξονα περιστροφής απόσταση . Να βρεθεί η

γραμμική ταχύτητα του Α την καθώς και την .

2. Ένας τροχός που αρχικά ηρεμεί αρχίζει να περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή επιτάχυνση γύρω από σταθερό άξονα που είναικάθετος στο επίπεδο του και διέρχεται από το κέντροτου. Μετά από ο τροχός έχει αποκτήσει

γωνιακή ταχύτητα .

α) Να βρεθεί η γωνιακή του επιτάχυνση.β) Να γίνει το διάγραμμα για τον τροχό έωςτην .γ) Να βρεθεί η γωνία που διαγράφει ο τροχός από το3ο έως το 7ο της κίνησης του.δ) Να βρεθεί ο αριθμός των περιστροφών του τροχούαπό την έως την .

1


2α) Από τη βάση ενόςκεκλιμένου επιπέδου κλίσης

εκτοξεύεται προς

τα πάνω τροχός ακτίνας με αρχική

ταχύτητα .

Ο τροχός φτάνει στην κορυφήτου κεκλιμένου επιπέδου πουβρίσκεται σε ύψος από τοέδαφος, σταματά στιγμιαία καιμετά αρχίζει να κατεβαίνει τοκεκλιμένο επίπεδο.Θεωρούμε ότι η επιβράδυνση του τροχού κατά την άνοδο είναι ίση κατά μέτρο με την επιτάχυνση που απέκτησε ο τροχός κατά την κάθοδό του και ισχύει

Να βρεθούν:α) Ο χρόνος ανόδου.β) Το μέγιστο ύψος από το έδαφος που φτάνει ο τροχός.γ) Τη γωνία που θα διαγράψει μια ακτίνα του τροχού κατά την κάθοδό του.δ) Το διάγραμμα του μέτρου της γωνιακής ταχύτητας σε συνάρτηση με τον χρόνο ( ),για όλη την κίνηση.

3. Δύο δίσκοι οριζόντιοι Δ1 και Δ2 εκτελούν περιστροφική κίνηση γύρω από κατακόρυφο άξονα που περνά από το κέντρο μάζας τους. Οι δίσκοι περιστρέφονται με γωνιακή ταχύτητα που μεταβάλλεται με τον χρόνο όπως φαίνεται στο σχήμα.

2


Ζητείται:α) Η γωνιακή επιτάχυνση που αποκτά κάθε δίσκος.β) Την πόσες περιστροφές έχει κάνει ο δίσκος Δ2 περισσότερες από τον δίσκο Δ1;γ) Ποιά χρονική στιγμή οι 2 δίσκοι έχουν τον κάνει ίδιο αριθμό περιστροφών;δ) Αν οι 2 τροχοί έχουν ακτίνες , , να βρεθεί ποια στιγμή τα σημεία της περιφέρειας τους θα έχουν ίσες κατά μέτρο ταχύτητες.

3α) Ο ομογενής και ισοπαχής δίσκος του σχήματος μπορεί να περιστρέφεται γύρω από σταθερό άξονα, που περνά από το κέντρο μάζας του και είναι κάθετος στο επίπεδό του. Ο δίσκος είναι αρχικά ακίνητος. Τη στιγμή ξεκινά να περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή

επιτάχυνση μέτρου . Τη στιγμή , o δίσκος αρχίζει να επιβραδύνεται με

σταθερή γωνιακή επιτάχυνση μέτρου , μέχρι να σταματήσει.

1. Στο πρώτο σχήμα να σχεδιαστεί το διάνυσμα της γωνιακής ταχύτητας και το διάνυσμα

της γωνιακής επιτάχυνσης του δίσκου κάποια στιγμή κατά τη διάρκεια της

επιταχυνόμενης κίνησής του.

2. Στο δεύτερο σχήμα να σχεδιαστούν τα διανύσματα της γωνιακής ταχύτητας και της

γωνιακής επιτάχυνσης του δίσκου κάποια στιγμή κατά τη διάρκεια της

επιβραδυνόμενης κίνησής του.

Θεωρώντας θετική τη φορά περιστροφής:

3. Να γραφούν οι χρονικές εξισώσεις της γωνιακής ταχύτητας για όλη τη

3


διάρκεια της κίνησης.

4. Να γίνει η γραφική παράσταση ω-t για τη συνολική κίνηση.

5. Να γραφεί η χρονική εξίσωση της γωνίας στροφής στην επιταχυνόμενη

κίνηση.

6. Να υπολογιστεί η γωνία στροφής Δθ, κατά τη διάρκεια του 2ου δευτερολέπτου της επιβραδυνόμενης κίνησης.

7. Να βρεθεί ο συνολικός αριθμός των περιστροφών Ν, που εκτέλεσε ο τροχός από μέχρι να σταματήσει.

4. Ένα στερεό αποτελείται από 2 κατακόρυφους ομοαξονικούς κυλίνδρους κολλημένους μεταξύ τους που έχουν ακτίνες και . Το στερεό μπορεί να περιστρέφεται γύρω από τον κοινό οριζόντιο άξονα των 2 κυλίνδρων σαν ένα σώμα. Στην περιφέρεια του κυλίνδρου ακτίνας έχουμε τυλίξει αβαρές μη εκτατό νήμα. Τραβάμε το νήμα οριζόντια με

επιτάχυνση ώστε το νήμα να ξετυλίγεται και το στερεό να κυλίεται χωρίς να

ολισθαίνει.

Ζητείται:

α) Η επιτάχυνση του κέντρου μάζας του στερεού.β) Όταν έχει ξετυλιχθεί μήκος νήματος , πόσο έχει μετακινηθεί το κέντρο μάζας του στερεού.γ) Πόση είναι η γωνιακή ταχύτητα του στερεού εκείνη τη στιγμή (αν δίνεται ότι η ακτίνα του μικρού κυλίνδρου είναι ).δ) Να βρεθεί η ταχύτητα του υψηλότερου σημείου του στερεού εκείνη τη στιγμή.

4α) Οι τροχοί ενός ποδηλάτου έχουν ακτίνα R=40 cm.

4


A. Το ποδήλατο ανηφορίζει με σταθερή ταχύτητα μέτρου σε πλαγιά και οι

τροχοί του κυλίονται χωρίς να ολισθαίνουν.1. Να βρεθεί το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής κάθε τροχού.

2. Να βρεθεί το μέτρο της ταχύτητας του ανώτερου σημείου από το έδαφος κάθε τροχού.

B. Το ποδήλατο φτάνει σε κατηφόρα και αρχίζει να επιταχύνεται. Η γωνιακή επιτάχυνση κάθε

τροχού έχει μέτρο .

3. Να βρεθεί το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας του ποδηλάτου.

Γ. Κατά τη διάρκεια όλης της πορείας του ποδηλάτου (ανηφόρα + κατηφόρα) κάθε τροχός έχει

διαγράψει περιστροφές.

Να βρεθεί το μήκος της τροχιάς που κάλυψε το ποδήλατο.

5. Η τροχαλία του σχήματος έχει ακτίνα και μπορεί να περιστρέφεται γύρω από σταθερό άξονα χωρίςτριβές. Από το αυλάκι της τροχαλίας είναι δεμένο με αβαρές μηεκτατό νήμα ένα σώμα Σ. Αφήνουμε ελεύθερο το σώμα και

αυτό κατεβαίνοντας αποκτά επιτάχυνση ενώ η

τροχαλία εκτελεί στροφική κίνηση.Θεωρούμε ότι το νήμα δε γλιστράει στο αυλάκι της τροχαλίας.Ζητείται:α) Να συγκριθούν η ταχύτητα πτώσης του Σ και η ταχύτηταλόγω στροφικής κίνησης των σημείων της περιφέρειας της τροχαλίας.β) Η γωνιακή ταχύτητα της τροχαλίας αφού αφήσουμε το σώμα ελεύθερο.γ) Όταν το σώμα έχει κατέβει κατά , πόσες στροφές θα έχει εκτελέσει η τροχαλία.δ) Τη χρονική στιγμή κόβουμε το νήμα και το σώμα πλέον πέφτει με

επιτάχυνση . Να βρεθεί η γωνία που διέγραψε η τροχαλία από τη στιγμή που

κόψαμε το νήμα έως τη στιγμή που το σώμα απέχει από την τροχαλία .

5α) Ένα τρακτέρ έχει τροχούς με διαμέτρους και και αρχικά

κινείται με ταχύτητα . Ο οδηγός πατάει

φρένο για κάποιο λόγο και οι τροχοί αρχίζουν ναεπιβραδύνονται. Αν γνωρίζουμε ότι η επιτάχυνση του

τρακτέρ είναι σταθερή και ίση με , να

βρεθούν:α) Η αρχική γωνιακή ταχύτητα του κάθε τροχού καθώς και ηγωνιακή επιτάχυνση που θα αποκτήσει κάθε τροχός.β) Το συνολικό διάστημα μέχρι το τρακτέρ να σταματήσει.γ) Μετά από μετατόπιση από τη στιγμή πουάρχισε να επιβραδύνεται το τρακτέρ, από το ψηλότερο σημείο του μεγαλύτερου τροχού ξεκολλάει

5


ένα κομμάτι λάσπης μάζας . i) Με τι ταχύτητα ξεκολλάει αυτό το κομμάτι μάζας ; ii) Η συνολική εφαπτομενική επιτάχυνση που έχει το κομμάτι λάσπης ελάχιστα πριν ξεκολλήσει.

6. Ομογενής ράβδος ΑΒ μήκους και βάρους ισορροπεί οριζόντια στηριζόμενη σε κατακόρυφο τοίχο με άρθρωση και στο σημείο της Λ σε υποστήριγμα

( ) Η ράβδος ισορροπεί οριζόντια.

α) Να βρεθεί η δύναμη Ν που δέχεται η ράβδος από το υποστήριγμα.β) Πόσο είναι το μέτρο της δύναμης που δέχεται η ράβδος από την άρθρωση.γ) Μετακινούμε το υποστήριγμα και το τοποθετούμε στο Ζ, το οποίο είναι το μέσο του ΑΜ. Πόση είναι πλέον η δύναμη που ασκεί το υποστήριγμα στη ράβδο;

6α) Ο δίσκος ισορροπεί με τη βοήθεια ενόςνήματος παράλληλου στο κεκλιμένο επίπεδο. Αν τοβάρος του δίσκου είναι και η γωνία τουκεκλιμένου επιπέδου είναι , να βρεθούν:α) η συνισταμένη ροπή των δυνάμεων που δέχεται οδίσκος ως προς το κέντρο του Κ.β) η δύναμη που δέχεται ο τροχός από το νήμα.γ) η στατική τριβή στον δίσκο καθώς και το μέτρο τηςδύναμης που ασκεί το κεκλιμένο επίπεδο στο δίσκο.

7. Η ράβδος ΑΒ του παρακάτω σχήματοςείναι ομογενής, έχει μήκος καιβάρος και ισορροπεί οριζόντια.α) Να υπολογισθεί η τάση του νήματος.β) Στο σημείο Α η ράβδος εφάπτεται στον τοίχο.Αν η τριβή που δέχεται η ράβδος είναι μέγιστηδυνατή ώστε να ισορροπεί, να βρεθεί οσυντελεστής στατικής τριβής μεταξύ ράβδου καιτοίχου.

6


7α) Η ομογενής ράβδος του σχήματος έχει μήκος , μάζα και είναι αρθρωμένη στο άκροτης Ο. Η ράβδος ισορροπείμε τη βοήθεια νήματος, τοοποίο είναι δεμένο σεσημείο Σ της ράβδου καισχηματίζει με τη ράβδο

γωνία . Η

απόσταση (ΟΣ) είναι ίσημε . Να βρεθούν:

α) Το μέτρο της τάσης

του νήματος.β) Το μέτρο και ηκατεύθυνση της δύναμης

που ασκεί η άρθρωση

στη ράβδο.

γ) Το μέτρο και η κατεύθυνση της δύναμης που θα ασκήσει η άρθρωση στη ράβδο, αν το νήμα

δεθεί σε σημείο Κ της ράβδου, τέτοιο, ώστε η απόσταση (ΟΚ) να είναι ίση με και το νήμα

να σχηματίζει την ίδια γωνία με τη ράβδο.

Δίνεται: .

8. Στα άκρα Α και Β της ομογενούς ράβδου μήκους έχουμε κρεμάσει 2 σώματα

με μάζες και . Δίνεται .

α) Αν η ράβδος είναι αβαρής, πού πρέπει να τοποθετήσουμε το υποστήριγμα έτσι ώστε το σύστημα των τριών σωμάτων να ισορροπεί;

7


β) Αν η ράβδος έχει βάρος , πού πρέπει να τοποθετήσουμε το υποστήριγμα ώστε το σύστημα να ισορροπεί;

γ) Αφαιρούμε το και από τη ράβδο κρέμεται μόνο το . Πού πρέπει να τοποθετήσουμε το υποστήριγμα για να ισορροπεί η ράβδος; Πόση είναι η δύναμη που ασκεί το υποστήριγμα στην ράβδο;

8α) Στα άκρα Α και Β της αβαρούς τραμπάλας του σχήματος βρίσκονται δύο παιδιά. Το παιδί που βρίσκεται στο άκρο Α έχει βάροςμέτρου , ενώ το άλλο παιδί

έχει βάρος μέτρου .Το μήκος της τραμπάλας είναι .α) Να βρεθεί σε πόση απόσταση από το άκρο Απρέπει να τοποθετηθεί στήριγμα (Σ), ώστε ητραμπάλα να ισορροπεί.

β) Να βρεθεί η δύναμη στήριξης που ασκεί

το στήριγμα (Σ) στην τραμπάλα.γ) Αν το παιδί που βρίσκεται στο άκρο Α σταθεί πιο κοντά στο στήριγμα (Σ), προς ποια μεριά θα ανατραπεί η τραμπάλα;

9. Μια ομογενής σανίδα ΚΛ μήκους και βάρους τοποθετείται πάνω σε μια επιφάνεια ώστε το τμήμα ΔΛ μήκους να προεξέχει της επιφάνειας. Ένας άνθρωπος βάρους ξεκινάει από το άκρο Κ και κινείται πάνω στη σανίδα με κατεύθυνση προς το Λ.

α) Μέχρι ποιά απόσταση από το σημείο Δ μπορεί να περπατήσει ώστε να μην ανατραπεί η σανίδα;β) Πόσο είναι η μέτρο της αντίδρασης εκείνη την στιγμή;

9α) Μια ράβδος ομογενής ΑΒ μήκους και βάρους ισορροπεί όπωςφαίνεται στο σχήμα στηριζόμενη στο άκρο της Ασε λείο τοίχο και στο άκρο της Β σε τραχύ έδαφος.Δίνεται ότι η ελάχιστη γωνία για την οποία ηράβδος δεν ολισθαίνει είναι και ότι

8


.

Ζητείται:α)Η κάθετη δύναμη που ασκεί το έδαφος στη ράβδο.β) Ο συντελεστής στατικής τριβής μεταξύ ράβδου-εδάφους καθώς και τη δύναμη που ασκεί ο λείοςτοίχος στη ράβδο.γ)Το μέτρο της δύναμης (αντίδρασης) του εδάφους στη ράβδο.

10. Ένας μηχανικός βάρους βρίσκεται πάνω σε μια οριζόντια ομογενή σανίδα ΑΒ, μήκους καιβάρους . Η σανίδακρέμεται από δύο κατακόρυφα σχοινιάπου είναι δεμένα στα άκρα Α και Β. Όλοτο σύστημα ισορροπεί οριζόντιο όπωςφαίνεται στο σχήμα.α) Να βρεθούν τα μέτρα των τάσεων

και των δύο σχοινιών αν .β) Ποιά είναι η μέγιστη και ποιά ηελάχιστη τιμή του μέτρου της τάση ;

γ) Για ποιά τιμή της απόστασης , το μέτρο της τάσης είναι ίσο με το μέτρο της τάσης ;

10α) Η ράβδος ΟΒ είναιομογενής έχει βάρος και έχει μήκος . Το έναάκρο της Ο στηρίζεται σε τοίχο μεάρθρωση, ενώ στο άλλο έχουμεδέσει νήμα το οποίο σχηματίζειγωνία με το οριζόντιοεπίπεδο. Πάνω στη ράβδοβρίσκεται οριζόντιο ελατήριο

σταθεράς που στο

ένα άκρο του έχουμε δέσει σώμα μάζας που ισορροπεί ακίνητο. Το φυσικό μήκος του

ελατηρίου είναι . Τη χρονική στιγμή εκτοξεύεται το σώμα με ταχύτητα

προς τα δεξιά ,οπότε το σώμα ξεκινάει να εκτελεί γραμμική αρμονική ταλάντωση.

(Υπόδειξη: Ως θετική φορά θεωρείστε τη κατεύθυνση προς τα δεξιά.)Να βρεθεί:α) Η τάση του νήματος πριν την εκτόξευση του σώματος.β) Το πλάτος της ταλάντωσης του σώματος.γ) Η τάση του νήματος τη χρονική στιγμή .δ) Το μέτρο της δύναμης που δέχεται το σώμα από την άρθρωση τη χρονική στιγμή

9


.

11. Στο μέσο Κ της αβαρούς ράβδου ΟΒμήκους ασκούμε δύναμη η όποιαέχει την κατεύθυνση που φαίνεται στο σχήμα. Στοσημείο Ο υπάρχει άρθρωση. Να βρεθεί ηδύναμη που πρέπει να ασκείται στο άκρο Βτης ράβδου έτσι ώστε η ράβδος να ισορροπείοριζόντια.

12. Ένας οριζόντιος ομογενής δίσκος ακτίνας μπορεί να περιστρέφεται χωρίς τριβές, γύρω από κατακόρυφο άξονα πουδιέρχεται από το κέντρο του. Ο δίσκος είναι αρχικάακίνητος και τη χρονική στιγμή δέχεταιεφαπτομενικά στην περιφέρειά του αριστερόστροφηδύναμη μέτρου και η οποία τουπροσδίδει γωνιακή επιτάχυνση

μέτρου .

Α. Να υπολογίσετε:α) Τη ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς τον άξονα περιστροφής του.β) Τη μάζα του δίσκου.γ) Το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας του δίσκου τη χρονική στιγμή .

Β. Τη χρονική στιγμή καταργούμε ακαριαία τη δύναμη .

δ) Να υπολογίσετε τον αριθμό των περιστροφών που θα κάνει ο δίσκος από τη χρονική στιγμή

έως τη χρονική στιγμή .

Δίνεται η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς τον άξονα περιστροφής του .

12α) Ένας ομογενής και ισοπαχής δίσκος μάζας και ακτίνας μπορεί να περιστρέφεται γύρω από σταθερόάξονα, ο οποίος είναι κάθετος στο επίπεδό τουκαι περνά από ένα σημείο Α της περιφέρειάςτου. Στο αντιδιαμετρικό σημείο Β ασκείται μιαδύναμη σταθερού μέτρου , η οποίαείναι συνεχώς εφαπτόμενη στο δίσκο και ηδιεύθυνσή της είναι επάνω στο επίπεδο πουορίζει ο δίσκος.α) Να βρείτε το μέτρο της ροπής που προκαλεί

10


η δύναμη και να σχεδιάσετε το διάνυσμά της.β) Να υπολογίσετε τη ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς τον άξονα περιστροφής.

γ) Να υπολογίσετε το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης με την οποία στρέφεται ο δίσκος και νασχεδιάσετε το διάνυσμά της. Δίνεται ότι η ροπή αδράνειας ομογενούς δίσκου ως προς άξονα που περνά από το κέντρο του και

είναι κάθετος στο επίπεδό του, είναι .

13. Μια ομογενής λεπτή δοκός ΚΑ, μάζας και μήκους , μπορεί να στρέφεται σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από έναν κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το άκρο της Κ. Στο άκρο Α της δοκού ασκείται οριζόντια δύναμη σταθερού κάθετα στη δοκό και η δοκός αρχίζει να περιστρέφεται αριστερόστροφα. Κατά την περιστροφή της δοκού υπάρχουν τριβές, που δημιουργούν ροπή ως προς τον άξονα περιστροφής μέτρου . Να υπολογίσετε:α) Το μέτρο της συνισταμένης των ροπών, ως προς τον άξονα περιστροφής, κατά τη διάρκεια της περιστροφής της δοκού.β) Τη ροπή αδράνειας της δοκού ως προς τον άξονα περιστροφής της.γ) Το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης .δ) Το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του κέντρου μάζας της, όταν η δοκός έχει


Δίνεται η ροπή αδράνειας της δοκού ως προς άξονα κάθετο στη δοκό, που διέρχεται από το κέντρο

μάζας της .

13α) Ένας οριζόντιος ομογενής δίσκος μάζας και ακτίνας περιστρέφεται αριστερόστροφα (δηλαδή μεφορά αντίθετη των δεικτών του ρολογιού)χωρίς τριβές με γωνιακή συχνότητα

, γύρω από κατακόρυφο

άξονα που διέρχεται από το κέντρο του.Από τη χρονική στιγμή και μετά οδίσκος δέχεται εφαπτομενικά στηνπεριφέρειά του δύο σταθερές κατά μέτροδυνάμεις αριστερόστροφα και δεξιόστροφα, που τα μέτρα τουςικανοποιούν τη σχέση και οι

οποίες προσδίδουν στο δίσκο γωνιακή επιτάχυνση μέτρου . Δίνεται η ροπή

11


αδράνειας του δίσκου ως προς τον άξονα περιστροφής του .

Να υπολογίσετε:α) τα μέτρα των δύο δυνάμεων.β) το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας τη χρονική στιγμή .

Τη χρονική στιγμή καταργούμε ακαριαία τη δύναμη , οπότε ο δίσκος σταματά τη χρονική

στιγμή .γ) Να υπολογίσετε τη νέα γωνιακή επιτάχυνση.δ) Να σχεδιάστε τη γραφική παράσταση γωνιακής ταχύτητας – χρόνου σε βαθμολογημένουςάξονες, από τη χρονική στιγμή έως τη χρονική στιγμή .

14. Ομογενής συμπαγής κύλινδρος ακτίνας , μπορεί να στρέφεται (τριβές αμελητέες) γύρω από κατακόρυφο άξονα, που συμπίπτει με τον άξονα συμμετρίας του. Στην περιφέρειά του έχουμε τυλίξει αβαρές μη εκτατό νήμα. Τη χρονικήστιγμή , αρχίζουμε να σύρουμε το άκρο του νήματος,ασκώντας εφαπτομενική δύναμη μέτρου . Τη χρονικήστιγμή , ο κύλινδρος περιστρέφεται αριστερόστροφα και

έχει αποκτήσει γωνιακή ταχύτητα μέτρου . Να

υπολογίσετε:

α) Το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης του κυλίνδρου.

β) Τη ροπή αδράνειας του κυλίνδρου, χωρίς να θεωρήσετε γνωστότον τύπο της ροπής αδράνειας κυλίνδρου.

γ) Το μέτρο της γωνιακής μετατόπισης του κυλίνδρου τη χρονική στιγμή .

δ) Το μήκος του νήματος, που ξετυλίχθηκε μέχρι τη χρονική στιγμή , θεωρώντας ότι αυτό δεν ολισθαίνει πάνω στην επιφάνεια του κυλίνδρου.

14α) Μια ομογενής ράβδος ΑΒ, μάζας και μήκους , μπορεί να στρέφεται σε κατακόρυφο επίπεδο γύρω από έναν οριζόντιο άξονα που διέρχεται από το άκρο της Α.α) Να υπολογίσετε τη ροπή αδράνειάς της ως προς άξονα κάθετο στη ράβδο, που διέρχεται από το άκρο Α.Από την οριζόντια θέση αφήνουμε ελεύθερη τη ράβδο, να περιστραφεί γύρω απ’ το άκρο Α.

β) Να υπολογίσετε τη γωνιακή επιτάχυνσή της τη στιγμή που την αφήνουμε ελεύθερη.

γ) Να υπολογίσετε τη γωνιακή επιτάχυνσή της στη θέση όπου αυτή έχει στραφεί κατά γωνία φ, τέτοια ώστε .δ) Να υπολογίσετε το ρυθμό μεταβολής του μέτρου της γραμμικής ταχύτητας του σημείου Κ, που είναι το κέντρο μάζας cm της ράβδου, στη θέση όπου αυτή έχει στραφεί κατά γωνία φ, τέτοια ώστε

.

12


Δίνονται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα κάθετο στην ράβδο που διέρχεται από το

κέντρο μάζας της και η επιτάχυνση της βαρύτητας .

15. Ο τροχός ενός αναποδογυρισμένου ποδηλάτου, αποτελείται από ομογενή στεφάνη αμελητέου πάχους, με μάζα και ακτίνα , και τις ακτίνες του,

μάζας η καθεμία και μήκους . Ο τροχός στρέφεται αρχικά

γύρω από τον άξονά του, στο κέντρο του, έχοντας γωνιακή ταχύτητα μέτρου .

Τη χρονική στιγμή , “πατάμε” το φρένο, οπότε ο τροχός ακινητοποιείται με σταθερό ρυθμό σε .Να υπολογίσετε:α) τη ροπή αδράνειας της στεφάνης ως προς άξονα κάθετο στο επίπεδό της, που διέρχεται από το κέντρο μάζας της.β) τον αριθμό των ακτίνων του τροχού.γ) τον αριθμό των στροφών, που έκανε ο τροχός μέχρι να ακινητοποιηθεί.δ) το μέτρο της δύναμης της τριβής, που εφαρμόστηκε από το φρένο στη στεφάνη.Δίνονται η ροπή αδράνειας της κάθε ακτίνας ως προς κάθετο σ’ αυτήν άξονα διερχόμενο απ’ το

άκρο της: , η ροπή αδράνειάς ολόκληρου του τροχού ως προς άξονα κάθετο στο

επίπεδό του, που διέρχεται από τον άξονά του είναι .

15α) Ένα σύστημα διπλήςτροχαλίας αποτελείται από δύοομογενείς λεπτούς δίσκους Α και Β μεακτίνες και

αντίστοιχα. Τοσύστημα μπορεί να περιστρέφεταιγύρω από οριζόντιο σταθερό άξονα,που περνά από το κέντρο του και είναικάθετος στο επίπεδό του. Ο άξοναςαυτός, αποτελεί μέρος άρθρωσης, μετην οποία το σύστημα είναιστερεωμένο ακλόνητα στην οροφή, όπως φαίνεται στο σχήμα. Γύρω από τους δίσκους είναι τυλιγμένα αβαρή νήματα, τα οποία δεν ολισθαίνουν πάνω στους δίσκους. Στις ελεύθερες άκρες τωννημάτων των τροχαλιών Α και Β έχουν δεθεί σώματα , , με μάζες και

αντίστοιχα. Το σώμα βρίσκεται πάνω σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Τη χρονική στιγμή το σύστημα αφήνεται ελεύθερο να κινηθεί.

α) Να σχεδιάσετε τις δυνάμεις που ασκούνται στη διπλή τροχαλία και στα σώματα , .β) Να γράψετε και να εφαρμόσετε το θεμελιώδη νόμο στροφικής κίνησης για την τροχαλία και το θεμελιώδη νόμο της μηχανικής για τη μεταφορική κίνηση των σωμάτων , .(Δε ζητείται αριθμητική αντικατάσταση)γ) Να βρείτε τις σχέσεις που συνδέουν τη γωνιακή επιτάχυνση της τροχαλίας με τις μεταφορικές

13


επιταχύνσεις των σωμάτων , .

δ) Να υπολογίσετε το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης της διπλής τροχαλίας και να δείξετε την κατεύθυνσή της στο σχήμα.Η ροπή αδράνειας της διπλής τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της είναι

. Δίνεται: .

16. Μια ομογενής ράβδος,μάζας και μήκους ,ισορροπεί σε οριζόντια θέση, στηριζόμενη με τοαριστερό άκρο της Α σε κατακόρυφο τοίχο μεάρθρωση και δεμένη στο σημείο Δ στο κάτω άκροκατακόρυφου νήματος, του οποίου το πάνω άκροείναι ακλόνητα στερεωμένο. Αν η τάση του νήματοςείναι , να υπολογίσετε:α) την απόσταση του σημείου Δ, από το άκρο Α.β) τη δύναμη στήριξης από την άρθρωση.Τη χρονική στιγμή κόβουμε το νήμα, οπότε ηράβδος πέφτει στρεφόμενη γύρω από την άρθρωση. Αν η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς

κάθετο σ’ αυτήν άξονα διερχόμενο απ’ το κέντρο μάζας της είναι , να

υπολογίσετε το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης της ράβδου τη στιγμή:γ) της εκκίνησης.δ) την οποία η ράβδος σχηματίζει με την αρχική θέση γωνία , τέτοια ώστε .

Δίνεται η επιτάχυνση της βαρύτητας .

16α) Ένας ομογενής και συμπαγής κύλινδρος μάζας και ακτίνας

αφήνεται να κυλίσει κατά μήκος ενός πλάγιου επιπέδου γωνίας κλίσης φ, με

, όπως φαίνεται στο σχήμα:

14


Ο κύλινδρος κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει.α) Να σχεδιάσετε τις δυνάμεις που ασκούνται στον κύλινδρο, να γράψετε και να εφαρμόσετε το Θεμελιώδη Νόμο της Μηχανικής για τη μεταφορική κίνηση και το Θεμελιώδη Νόμο της Μηχανικής για τη Στροφική Κίνηση του κυλίνδρου. (Δε ζητείται αριθμητική αντικατάσταση)β) Να υπολογίσετε το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας του κυλίνδρου καθώς αυτός κυλίεται.γ) Να υπολογίσετε το μέτρο της δύναμης της στατικής τριβής που ασκείται στον κύλινδρο από το πλάγιο επίπεδο.δ) Να βρείτε το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας του κυλίνδρου όταν το κέντρο μάζας του μετατοπιστεί 8m από το σημείο που αυτός αφέθηκε ελεύθερος.

17. Ομογενής λεπτή ράβδος μήκους και μάζας μπορεί να στραφεί χωρίς τριβές γύρω από οριζόντιο άξονα, κάθετο σε αυτήν στο άκρο της Ο. Ένα σωματίδιο, μάζας , είναι στερεωμένο στο άλλο άκρο της Α. Αρχικά η ράβδος ισορροπεί σε οριζόντια θέση και τη χρονική στιγμή αφήνεται ελεύθερη, οπότε περιστρέφεται ως προς τον άξονα στο Ο σε κατακόρυφο επίπεδο.Α. Να υπολογίσετε:α) την ολική ροπή αδράνειας του συστήματος.β) το μέτρο της συνισταμένης των ροπών, ως προς τον άξονα στο Ο τη χρονική στιγμή , που η

ράβδος έχει διαγράψει γωνία , τέτοια ώστε .

γ) το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνση τη χρονική στιγμή .Β. Να σχεδιάσετε τη γραφική παράσταση της γωνιακής επιτάχυνσης σε συνάρτηση του συνημιτόνου της γωνίας , που σχηματίζει η ράβδος με τον οριζόντιο ημιάξονα Οχ, κατά την περιστροφή της από την αρχική οριζόντια θέση έως την κατακόρυφη θέση.Δίνονται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα κάθετο στην ράβδο, που διέρχεται από το

κέντρο μάζας της και η επιτάχυνση της βαρύτητας .

15


Δίνονται: Η ροπή αδράνειας του κυλίνδρου ως προς τον άξονά του και η επιτχυνση

της βαρύτητας .

17α) Δύο σώματα Σ1 και Σ2, με μάζες

και αντίστοιχα,συνδέονται με αβαρές μη εκτατό νήμα, που είναιτυλιγμένο σε ομογενή δίσκο τροχαλίας, ακτίνας

και μάζας . Τα σώματασυγκρατούνται αρχικά στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο. Τηχρονική στιγμή , αφήνουμε το σύστημαελεύθερο, οπότε αρχίζει περιστρέφεται χωρίς το νήμανα ολισθαίνει στην τροχαλία.

α) Να βρείτε αν το σύστημα θα περιστραφείδεξιόστροφα ή αριστερόστροφα.β) Να υπολογίσετε τα μέτρα της επιτάχυνσης των σωμάτων.γ) Να υπολογίσετε τα μέτρα των τάσεων, που ασκεί το νήμα στα δύο σώματα.δ) Να υπολογίσετε το μέτρο της δύναμης στήριξης της τροχαλίας από τον άξονα.ε) Να υπολογίσετε το μήκος του νήματος, που ξετυλίγεται απ’ την τροχαλία, σε χρόνο .

Δίνονται και η ροπή αδράνειας της τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της:

.

18. Μια ομογενής τροχαλία – δίσκος, μάζας και ακτίνας , μπορεί να στρέφεται γύρωαπό οριζόντιο άξονα που διέρχεται από το κέντρο τηςχωρίς τριβές. Στο αυλάκι της τροχαλίας έχει τυλιχθείαβαρές μη εκτατό νήμα, στο ελεύθερο άκρο του οποίουέχει δεθεί σώμα Σ μάζας . Αφήνουμε το σώμαελεύθερο να κινηθεί, οπότε διαπιστώνουμε ότι μετά απόχρόνο έχει ξετυλιχθεί σχοινί

μήκους . Να υπολογίσετε:α) το μέτρο της επιτάχυνσης του σώματος.β) το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης τηςτροχαλίας.γ) τη ροπή αδράνειας ως προς το κέντρο μάζας της και τη μάζα της τροχαλίας.δ) το μέτρο της δύναμης , που δέχεται η τροχαλία από τον άξονα περιστροφής της.

16


Δίνονται η ροπή αδράνειας της τροχαλίας, ως προς τον άξονα περιστροφής της:

και η επιτάχυνση της βαρύτητας .

18α) Σφαίρα ακτίνας και μάζας εκτοξεύεται προς τα πάνω από τη βάση

κεκλιμένου επιπέδου, γωνίας κλίσης , με αρχική ταχύτητα και κυλίεται

χωρίς να ολισθαίνει. Να υπολογίσετε:α) Το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας της σφαίρας.β) Το μέτρο της στατικής τριβής, αν η μάζα της σφαίρας είναι .γ) τη χρονική διάρκεια και τη μετατόπιση της σφαίρας μέχρι να σταματήσει στιγμιαία.δ) για ποιες τιμές του συντελεστή στατικής τριβής, η σφαίρα κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει.

Δίνονται για τη σφαίρα: η επιτάχυνση της βαρύτητας και

.

19. Στο κυρτό μέρος της περιφέρειας ενός ομογενούςκυλίνδρου μικρού πάχους, έχει τυλιχτεί πολλές φορές ένααβαρές, μη εκτατό νήμα. Σταθεροποιούμε το ελεύθερο άκροτου νήματος και αφήνουμε τον κύλινδρο να πέσεικατακόρυφα. Το νήμα ξετυλίγεται και ο κύλινδρος εκτελείσύνθετη κίνηση: μετατοπίζεται κατακόρυφα προς τα κάτωκαι περιστρέφεται γύρω από ένα νοητό οριζόντιο άξονα x'x,που περνά από το κέντρο του. Σε όλη τη διάρκεια τηςκίνησης του κυλίνδρου το νήμα παραμένει κατακόρυφο.α) Να αποδείξετε ότι η επιτάχυνση του κέντρου μάζας τουκυλίνδρου και η γωνιακή επιτάχυνσή του

συνδέονται με τη σχέση: .

Να υπολογίσετε:β) τη γωνιακή επιτάχυνση του κυλίνδρου καθώς και τηνεπιτάχυνση του κέντρου μάζας του.γ) την τάση του νήματος.δ) το μήκος του νήματος, που έχει ξετυλιχτεί όταν ο κύλινδρος έχει αποκτήσει γωνιακή

ταχύτητα .

Δίνονται: η μάζα του κυλίνδρου , η ακτίνα του , η ροπή

αδράνειάς του ως προς το κέντρο μάζας του και η επιτάχυνση της

βαρύτητας .

17


20. Μια μπάλα, μάζας και ακτίνας , αφήνεται από την κορυφή κεκλιμένου επιπέδου, γωνίας κλίσης , οπότε κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει προς τη βάση του κεκλιμένου επιπέδου.α) Να σχεδιάσετε τις δυνάμεις, που ασκούνται στη μπάλα και να αιτιολογήσετε το σχεδιασμό της στατικής τριβής.Να υπολογίσετε:β) το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας της μπάλας.γ) το μέτρο της στατικής τριβής, αν η μάζα της μπάλας είναι .δ) τις επιτρεπτές τιμές του συντελεστή στατικής τριβής για τις οποίες η μπάλα μπορεί να κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει.

Δίνονται ότι , και η επιτάχυνση της βαρύτητας ,

η μπάλα θεωρείται κοίλη σφαίρα με ροπή αδράνειας ως προς άξονα διερχόμενο από το κέντρο

μάζας της: .

21. Η διπλή τροχαλία του σχήματος αποτελείταιαπό δύο ενωμένους ομόκεντρους δίσκους, πουμπορούν να περιστρέφονται ενιαία γύρω από οριζόντιοάξονα περιστροφής, που διέρχεται από το κέντρο τους.Η ακτίνα του εξωτερικού δίσκου είναι

και του εσωτερικού . Η ροπήαδράνειας της διπλής τροχαλίας ως προς τον άξονα

περιστροφής της είναι . Στα αυλάκια,

που φέρουν οι δύο δίσκοι είναι τυλιγμένα δύο λεπτάαβαρή μεγάλου μήκους και μη εκτατά νήματα, στακάτω άκρα των οποίων είναι δεμένα δύο σώματαΣ1 και Σ2, με μάζες

και αντίστοιχα. Τα σώματασυγκρατούνται αρχικά στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο και τη χρονική στιγμή , αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο, οπότε αρχίζει να περιστρέφεται χωρίς τα νήματα να ολισθαίνουν στα αυλάκια των δίσκων.α) Να βρείτε αν το σύστημα θα περιστραφεί δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα.β) Να υπολογίσετε:1) το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης της τροχαλίας.2) το μέτρο της δύναμης στήριξης της τροχαλίας από τον άξονα, αν η μάζα της τροχαλίας είναι .3) την κατακόρυφη απόσταση των σωμάτων, σε χρόνο .

18


Δίνεται η επιτάχυνση βαρύτητας .

22. Ομογενής κύλινδρος μάζας και ακτίνας κυλίεται χωρίς να

ολισθαίνει και χωρίς παραμόρφωση σε οριζόντιο δάπεδο (Α) με ταχύτητα μέτρου .

Τη χρονική στιγμή ο κύλινδρος δέχεται οριζόντια δύναμη μέτρου , που ασκείται στο κέντρο μάζας του. Ο κύλινδρος συνεχίζει να κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει και μετά την άσκηση της δύναμης .α) Να σχεδιάσετε τη στατική τριβή που δέχεται ο κύλινδρος από το δάπεδο, σε κατάλληλο σχήμα και να δικαιολογήσετε τη φορά της.β) Να υπολογίσετε το μέτρο:β1) της στατικής τριβής.β2) της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας καθώς και της γωνιακής επιτάχυνσης του κυλίνδρου.β3) της γωνιακής ταχύτητας του κυλίνδρου τη χρονική στιγμή .

γ) Στη συνέχεια τη χρονική στιγμή , ο κύλινδρος εισέρχεται σε λείο δάπεδο (Β), το οποίο

είναι συνέχεια του προηγούμενου. Τη χρονική στιγμή , να υπολογίσετε την ταχύτητα του σημείου του κυλίνδρου, που είναι εκείνη τη στιγμή σ’ επαφή με το λείο δάπεδο.

Δίνεται η ροπή αδράνειας ομογενούς κυλίνδρου ως προς άξονά του: .

23. Ένας ομογενής δίσκος, μάζας και ακτίνας , που βρίσκεται σε οριζόντιο δάπεδο, φέρει στην περιφέρειά του αυλάκι, στο οποίο έχουμε τυλίξει αβαρές και μη εκτατό νήμα. Τη χρονική στιγμή , ασκούμε στο δίσκομέσω του νήματος σταθερή κατακόρυφη δύναμημέτρου . Καθώς ξετυλίγεται το νήμα χωρίς ναολισθαίνει στο αυλάκι του δίσκου, ο δίσκος κυλίεται επίσηςχωρίς να ολισθαίνει και χωρίς παραμόρφωση, πάνω σεοριζόντιο δάπεδο.

α) Να σχεδιάσετε τη στατική τριβή που δέχεται ο δίσκος απότο δάπεδο, σε κατάλληλο σχήμα και να δικαιολογήσετε τηφορά της.β) Να υπολογίσετε:β1) το μέτρο της στατικής τριβής, που δέχεται ο δίσκος.β2) το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας καθώς και το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης του δίσκου.β3) το μήκος του νήματος, που έχει ξετυλιχτεί από τη στιγμή , μέχρι τη στιγμή , κατά

την οποία το ανώτερο σημείο του δίσκου έχει αποκτήσει ταχύτητα .

Δίνεται η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς άξονά του: .

24. Γύρω από ένα ομογενή δίσκο, ακτίνας ,

19


μάζας και ροπής αδράνειας , είναι τυλιγμένο αβαρές νήμα, μέσω του

οποίου, τη χρονική στιγμή , ασκούμε στο ανώτερο σημείο Γ οριζόντια δύναμη σταθερoύ μέτρου . Ο τροχός κυλίεται χωρίς παραμόρφωση σε οριζόντιο δάπεδο, που έχει τέτοια τιμή συντελεστή στατικής τριβής , ώστε οριακά να αποφεύγεται η ολίσθηση.

Να υπολογίσετε:α) το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας Ο.β) το μέτρο της επιτάχυνσης του ανώτερου σημείου Γ.γ) τη δύναμη της στατικής τριβής, που δέχεται ο δίσκος από το δάπεδο. δ) το συντελεστή στατικής τριβής.

25. Ένας κύλινδρος ακτίνας έχειμάζα . Στο εσωτερικό του υπάρχει μία

κυλινδρική εγκοπή, ακτίνας πολύ μικρού

πάχους, στην οποία έχουμε τυλίξει αβαρές μη εκτατόνήμα. Τη χρονική στιγμή , στο άκρο του νήματοςκαι πάνω από το κέντρο μάζας, ασκείται σταθερήοριζόντια δύναμη , όπως φαίνεται στο σχήμα.Έτσι ο κύλινδρος κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο. Θεωρήστε τον κύλινδρο

ομογενή με ροπή αδράνειας ως προς τον άξονά του . Να υπολογίσετε:

α) το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας του κυλίνδρου.β) το μέτρο της στατικής τριβής, που δέχεται ο κύλινδρος από το οριζόντιο επίπεδο και να την σχεδιάσετε σε κατάλληλο σχήμα.γ) το μέτρο της οριζόντιας επιτάχυνσης του σημείου επαφής Γ νήματος - κυλίνδρου.δ) το μήκος του νήματος, που ξετυλίχτηκε, έως τη χρονική στιγμή .

26. Δύο σημειακέςσφαίρες που η καθεμιά έχειμάζα συνδέονται μεταξύ τους με οριζόντιααβαρή ράβδο. Το σύστημαπεριστρέφεται γύρω από

20


κατακόρυφο άξονα, ο οποίος τέμνει τη ράβδο σε σημείο που απέχει από τη μία μάζα και

από την άλλη . Το σύστημα στρέφεται με γωνιακή ταχύτητα

αντίθετα από τη φορά κίνησης των δεικτών του ρολογιού.α) Να βρεθεί η ροπή αδράνειας του συστήματος.β) Να υπολογιστεί η στροφορμή του συστήματος.γ) Να σχεδιαστεί το διάνυσμα της στροφορμής του συστήματος.

26α) Ο ομογενής και ισοπαχής δίσκος του σχήματος έχει ακτίνα , μάζα και μπορεί να περιστρέφεται γύρω από κατακόρυφο σταθερό άξονα, που περνά από

το κέντρο του και είναι κάθετος στο επίπεδό του. Η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς άξονα που περνά από το κέντρο του και είναι κάθετος στο επίπεδό του, δίνεται από τον τύπο:

. Αρχικά, ο δίσκος περιστρέφεται όπως φαίνεται στο πρώτο σχήμα, με γωνιακή

ταχύτητα μέτρου . Με την άσκηση κατάλληλης σταθερής ροπής , επιτυγχάνεται

η αναστροφή της φοράς περιστροφής του δίσκου. Μετά από χρονικό διάστημα η νέαγωνιακή ταχύτητα περιστροφής έχει ίσο μέτρο με την αρχική.

α) να σχεδιάσετε τα διανύσματα και της αρχικής και τελικής στροφορμής του

δίσκου στα παρακάτω σχήματα και να υπολογίσετε τα μέτρα τους.

β) να σχεδιάσετε στο δεύτερο σχήμα το διάνυσμα της μεταβολής της στροφορμής και να

υπολογίσετε το μέτρο της.

γ) να σχεδιάσετε στο πρώτο σχήμα το διάνυσμα της σταθερής ροπής που ασκήθηκε στο δίσκο και να υπολογίσετε το μέτρο της.

21


27. Ένας άνθρωπος μάζας στέκεται ακίνητος στην περιφέρεια ακίνητης

οριζόντιας πλατφόρμας μάζας και

ακτίνας . Η πλατφόρμα μπορεί ναπεριστρέφεται χωρίς τριβές γύρω από κατακόρυφοάξονα που διέρχεται από το κέντρο της. Τηνστιγμή , o άνθρωπος αρχίζει να περπατάπάνω στην περιφέρεια της πλατφόρμας, με

ταχύτητα σταθερού μέτρου, ως

προς το έδαφος, κινούμενος αντίθετα από τη φοράτων δεικτών του ρολογιού.α) Να βρεθεί το μέτρο και η κατεύθυνση τηςστροφορμής του ανθρώπου. Να σχεδιαστεί τοδιάνυσμα της στροφορμής του. Ο άνθρωποςμπορεί να θεωρηθεί σημειακό αντικείμενο.β) Θα κινηθεί η πλατφόρμα; Αν ναι, με ποια γωνιακή ταχύτητα και προς ποια κατεύθυνση;γ) Μετά από πόσο χρονικό διάστημα ο άνθρωπος θα ξαναβρεθεί στη θέση της πλατφόρμας από την οποία ξεκίνησε;Δίνεται η ροπή αδράνειας της πλατφόρμας ως προς άξονα που είναι κάθετος σ’ αυτήν και διέρχεται

από το κέντρο της, .

27α) Ένας ακίνητος οριζόντιος τροχός μπορεί να στρέφεται χωρίς τριβές γύρω από σταθερό

κατακόρυφο άξονα. Ο τροχός έχει ροπή αδράνειας και τη χρονική στιγμή

δέχεται τη δράση σταθερής ροπής για χρονικό διάστημα , η οποία μετά καταργείται. Να βρείτε:α) τη γωνιακή επιτάχυνση που απέκτησε ο τροχός.β) τη στροφορμή του τροχού τη στιγμή .γ) το ρυθμό μεταβολής της στροφορμής για το χρονικό διάστημα .δ) τη γωνιακή ταχύτητα του τροχού τη χρονική στιγμή .

28. Οριζόντιος ομογενής δίσκος (1)μάζας και

ακτίνας , περιστρέφεται με

γωνιακή ταχύτητα μέτρου

κατά τη φορά της κίνησης των δεικτών τουρολογιού. Δεύτερος, όμοιος δίσκος (2)περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα

μέτρου με φορά αντίθετη

από αυτήν της κίνησης των δεικτών τουρολογιού, γύρω από τον ίδιο κατακόρυφο

22


άξονα που διέρχεται από τα κέντρα και των δύο δίσκων και είναι κάθετος σε αυτούς.α) Να σχεδιάσετε τις στροφορμές των δύο δίσκων ως προς τον κοινό άξονα περιστροφής και να υπολογίσετε τα μέτρα τους.β) Τη χρονική στιγμή ο δίσκος 1 αφήνεται πάνω στο δίσκο 2, οπότε λόγω τριβών οι δύο δίσκοι αποκτούν την ίδια γωνιακή ταχύτητα. Να υπολογιστεί η κοινή γωνιακή τους ταχύτητα.γ) Από τη στιγμή που οι δίσκοι έρχονται σε επαφή, μέχρι να αποκτήσουν την ίδια γωνιακή ταχύτητα πέρασε χρόνος Δt=0,1s. Να υπολογίσετε το μέτρο της σταθερής ροπής της τριβής που ασκήθηκε σε κάθε δίσκο στο χρονικό διάστημα αυτό.Δίνεται η ροπή αδράνειας ενός δίσκου ως προς άξονα που είναι κάθετος σε αυτόν και διέρχεται από

το κέντρο μάζας του, .

28α)Μια οριζόντια ομογενής ράβδος , μήκους , μάζας που

έχει στα άκρα της στερεωμένες δύο σημειακές μάζες μπορεί να στρέφεται γύρω από κατακόρυφο άξονα που περνά από το μέσον της. Το σύστημα ενώ στρέφεται

αντίθετα από τους δείκτες του ρολογιού με γωνιακή ταχύτητα δέχεται τη χρονική

στιγμή την επίδραση σταθερής εξωτερικής ροπής που το σταματά μετά από . Να βρείτε:

α) τη ροπή αδράνειας του συστήματος.β) την αρχική στροφορμή του συστήματος τη χρονική στιγμή .γ) το μέτρο της εξωτερικής ροπής που ασκήθηκε στο σύστημα και να σχεδιάσετε το διάνυσμά της.δ) τον αριθμό περιστροφών του συστήματος μέχρι να μηδενιστεί η στροφορμή του.Δίνεται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προςάξονα που είναι κάθετος σε αυτή και διέρχεται από

το κέντρο μάζας της

29. Ένας τροχός μάζας και

23


ακτίνας στρέφεται σε οριζόντιο επίπεδο με

γωνιακή ταχύτητα μέτρου γύρω από

κατακόρυφο άξονα ΟΑ που περνάει από το κέντρο του τροχού(βλέπε σχήμα). Ασκώντας στο σημείο Α κατάλληλη δύναμηστρέφουμε τον άξονα περιστροφής αρχικά κατά και στησυνέχεια κατά σε σχέση με την αρχική του θέση χωρίς ναμεταβάλλουμε το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας του τροχού.

α) Να βρείτε το μέτρο της μεταβολής της στροφορμής τουτροχού για τη γωνία στροφής των .

β) Να βρείτε το μέτρο της μεταβολής της στροφορμής τουτροχού για τη γωνία στροφής των .

γ) Να σχεδιάσετε και στις δύο περιπτώσεις το διάνυσμα της μέσης ροπής που ασκήθηκε στον τροχό.

δ) Να βρείτε το μέτρο της μέσης ροπής που προκάλεσε την στροφή του άξονα περιστροφής κατά , αν η χρονική διάρκεια της στροφής είναι .

Θεωρούμε ότι όλη η μάζα του τροχού είναι συγκεντρωμένη στην περιφέρειά του.

29α) Μία ομογενής ράβδος μήκους και μάζας ισορροπεί σε οριζόντιο επίπεδο. Η ράβδος μπορεί να περιστρέφεται γύρω από σταθερό κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το κέντρο της . Ένα σφαιρίδιο μάζας που εκτελεί τμήμα

κυκλικής τροχιάς, ακτίνας ,με κέντρο το σημείο και κινείται πάνω στο οριζόντιο

επίπεδο προσπίπτει οριζόντια με ταχύτητα , κάθετα στη ράβδο, στο ένα άκρο της και

ενώνεται μ’ αυτήν. Η κρούση γίνεται τη χρονική στιγμή .

24


Να βρείτε:

α) τη στροφορμή του σφαιριδίου ελάχιστα πριν συγκρουστεί με τη ράβδο.β) την γωνιακή ταχύτητα του συστήματος ράβδου - σφαιριδίου αμέσως μετά την κρούση.γ) το κλάσμα της κινητικής ενέργειας που χάνει το σφαιρίδιο κατά την κρούση.δ) πόση σταθερή ροπή αντίστασης (κατά μέτρο) πρέπει να ασκηθεί στο σύστημα ράβδου - σφαιριδίου σώματος ώστε αυτό να σταματήσει να περιστρέφεται μετά από χρονικό διάστημα

.Δίνεται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα που είναι κάθετος σε αυτήν και διέρχεται από

το μέσον της, .

30. Δύο σημειακές μεταλλικές σφαίρες απόσιδηρομαγνητικό υλικό, που η καθεμιά έχειμάζα είναι τοποθετημένες σε μιαπλαστική κούφια αβαρή ράβδο, μήκους με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να κινούνταιχωρίς τριβές πάνω σε αυτή. Στο μέσον της ράβδουκαι εσωτερικά είναι τοποθετημένος ένας αβαρήςηλεκτρομαγνήτης τον οποίο μπορούμε ναενεργοποιούμε από απόσταση. Το σύστημα μπορείνα στρέφεται στο οριζόντιο επίπεδο γύρω απόκατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το κέντρο τηςράβδου. Αρχικά ο ηλεκτρομαγνήτης είναι απενεργοποιημένος, το σύστημα στρέφεται με

συχνότητα και οι σφαίρες βρίσκονται στα άκρα της ράβδου συγκρατούμενες με

λεπτό αβαρές νήμα που διατρέχει την κούφια ράβδο. Ενεργοποιούμε τον ηλεκτρομαγνήτη οπότε οι

σφαίρες μετακινούνται ταυτόχρονα και πλησιάζουν σε απόσταση η καθεμιά από το μέσον της

25


ράβδου Ο, όπου και σταματούν με τη βοήθεια κατάλληλου μηχανισμού.α) Να υπολογιστεί η αρχική ροπή αδράνειας του συστήματος.β) Να υπολογιστεί η αρχική στροφορμή του συστήματος.γ)Να υπολογιστεί η νέα συχνότητα περιστροφής του συστήματος.δ) Πόσο τοις εκατό θα μεταβληθεί η συχνότητα περιστροφής του συστήματος μετά τη μετακίνηση των σφαιρών;

30α) Το γιο-γιο του σχήματος αποτελείται από ομογενήσυμπαγή κύλινδρο που έχει μάζα και ακτίνα

. Γύρω από τον κύλινδρο έχει τυλιχτεί

νήμα. Τη χρονική στιγμή αφήνουμε τον κύλινδρο να πέσει.Το νήμα ξετυλίγεται και ο κύλινδρος περιστρέφεται γύρω απόνοητό οριζόντιο άξονα x'x, ο οποίος ταυτίζεται με τον άξονασυμμετρίας του. Το νήμα σε όλη τη διάρκεια της κίνησης τουκυλίνδρου παραμένει κατακόρυφο και τεντωμένο και δεν ολισθαίνει στην περιφέρεια του κυλίνδρου. Τη στιγμή που έχει ξετυλιχθεί νήμα μήκους , η ταχύτητα του κέντρου μάζας

του κυλίνδρου είναι .

α) Να υπολογίσετε τη ροπή αδράνειας του κυλίνδρου ως προς τον άξονα περιστροφής του με εφαρμογή του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα για τη στροφική κίνηση.β) Να υπολογίσετε το μέτρο του ρυθμού μεταβολής της στροφορμής του κυλίνδρου, καθώς αυτός κατέρχεται.

γ) Τη χρονική στιγμή που η ταχύτητα του κέντρου μάζας του κυλίνδρου είναι ,

κόβουμε το νήμα. Να υπολογίσετε το μέτρο της στροφορμής του κυλίνδρου ως προς τον άξονα περιστροφής του μετά την πάροδο χρόνου από τη στιγμή που κόπηκε το νήμα.δ) Να κάνετε σε βαθμολογημένους άξονες το διάγραμμα του μέτρου της στροφορμής σε συνάρτηση με το χρόνο από τη χρονική στιγμή , μέχρι τη χρονική στιγμή που αντιστοιχεί σε χρόνο από τη στιγμή που κόπηκε το νήμα.

Δίνεται .

31. Ένα γιο-γιο αποτελείται από κύλινδρο

μάζας και ακτίνας , γύρω από τον

οποίο είναι τυλιγμένο αβαρές νήμα. Κρατάμε ακίνητο το ελεύθεροάκρο του νήματος και αφήνουμε τον κύλινδρο να πέσει. Αυτόςεκτελεί σύνθετη κίνηση κινούμενος κατακόρυφα χωρίς να

26


ολισθαίνει.

Να βρείτε:α) τη γωνιακή επιτάχυνση του κυλίνδρου καθώς κατέρχεται.β) το ρυθμό αύξησης της στροφορμής του κυλίνδρου καθώς κατέρχεται.γ) την στροφορμή του κυλίνδρου όταν έχει ξετυλιχτεί νήμα μήκους .δ) την ταχύτητα του χαμηλότερου σημείου του δίσκου, τη στιγμή που έχει ξετυλιχτεί νήμα μήκους .Δίνεται η ροπή αδράνειας ομογενούς κυλίνδρου ως προς άξονα που διέρχεται από το κέντρο

του, και .

31α) Η κυκλική περιστρεφόμενη πλατφόρμα της παιδικής χαράς της γειτονιάς μας έχει ακτίνα , μάζα καιμπορεί να περιστρέφεται χωρίς τριβές γύρω απόκατακόρυφο άξονα που περνά από το κέντροτης. Στο κέντρο της πλατφόρμας βρίσκεται ένακορίτσι μάζας και το σύστημαπλατφόρμα – κορίτσι περιστρέφεται με γωνιακή

ταχύτητα . Κάποια στιγμή το

κορίτσι αρχίζει να περπατά προς την περιφέρειατης πλατφόρμας. Να βρείτε:

α) τη ροπή αδράνειας του συστήματος πλατφόρμα-κορίτσι όταν το κορίτσι βρίσκεται στην περιφέρεια της πλατφόρμας.β) τη γωνιακή ταχύτητα του συστήματος, όταν το κορίτσι φτάσει στην περιφέρεια της πλατφόρμας.γ) την κεντρομόλο δύναμη που δέχεται το κορίτσι όταν φτάσει στην περιφέρεια της πλατφόρμας.δ) την ελάχιστη τιμή που πρέπει να έχει ο συντελεστής τριβής μεταξύ δαπέδου και παπουτσιών για να μπορεί το κορίτσι να περιστρέφεται χωρίς να κρατιέται όταν βρίσκεται στην περιφέρεια της πλατφόρμας.Δίνεται η ροπή αδράνειας της πλατφόρμας ως προς άξονα που είναι κάθετος σε αυτήν και διέρχεται

από το μέσον της, . Για τον υπολογισμό της ροπής αδράνειας το κορίτσι να

θεωρηθεί υλικό σημείο.

27


32. Συμπαγής και ομογενής τροχός μάζας και ακτίνας

κυλίεται ανερχόμενος κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου γωνίας κλίσης . Τη χρονική

στιγμή το κέντρο μάζας του τροχού έχει ταχύτητα μέτρου . Να

υπολογίσετε:α) το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας και το μέτρο της στροφορμής του τροχού τη χρονική στιγμή .β) την επιτάχυνση του κέντρου μάζας του τροχού καθώς ανέρχεται.γ) το ρυθμό μεταβολής της στροφορμής του τροχού καθώς ανέρχεται.δ) την ταχύτητα του κέντρου μάζας του τροχού, όταν αυτός ανερχόμενος έχει


Δίνεται η ροπή αδράνειας του τροχού ως προς άξονα που είναι κάθετος σε αυτόν και διέρχεται από

το κέντρο μάζας του, και .

33. Η κυκλική εξέδρα μιας παιδικής χαράς έχει ακτίνα , μάζα , είναι ακίνητη και μπορεί να στρέφεται χωρίς τριβές γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το κέντρο μάζας της. Ένα αγόρι μάζας ενώ τρέχει στο έδαφος γύρω γύρω έξω

από την εξέδρα με ταχύτητα μέτρου , ξαφνικά πηδάει στην περιφέρεια της εξέδρας

και μένει εκεί χωρίς να ολισθήσει. Να βρείτε:

α) τη γωνιακή ταχύτητα του συστήματος, όταν το αγόρι ανέβει στην περιφέρεια της εξέδρας.β) τη δύναμη της στατικής τριβής που ασκείται στο αγόρι, αν στέκεται στη περιφέρεια της εξέδρας χωρίς να κρατιέται από τα στηρίγματα.γ) τη σταθερή εξωτερική δύναμη που πρέπει να ασκήσουμε εφαπτομενικά στην εξέδρα, ώστε αυτή να σταματήσει να περιστρέφεται μετά από χρόνο .δ) πόσες περιστροφές έκανε η εξέδρα στο χρονικό διάστημα των .Δίνεται η ροπή αδράνειας της πλατφόρμας ως προς άξονα που είναι κάθετος σ’ αυτήν και διέρχεται

από το κέντρο μάζας της, .

34. Μία κατακόρυφη ράβδοςμάζας και μήκους , μπορείνα περιστρέφεται στο κατακόρυφο επίπεδο γύρωαπό οριζόντιο άξονα που διέρχεται από το πάνωάκρο της και είναι κάθετος σε αυτή. Εκτρέπουμε τηράβδο από τη θέση ισορροπίας της και τηναφήνουμε ελεύθερη. Τη στιγμή που περνάει απότην κατακόρυφη θέση, το κάτω άκρο τηςσυγκρούεται με σφαίρα ακτίνας και

μάζας που βρίσκεται ακίνητη στο

28


κατώτατο σημείο τεταρτοκυκλίου ακτίνας , του οποίου το κέντρο συμπίπτει με το σημείο εξάρτησης της ράβδου. Το κάτω άκρο της ράβδου την στιγμή της κρούσης έχει

ταχύτητα . Αμέσως μετά την κρούση η ράβδος ακινητοποιείται.

Η σφαίρα ανέρχεται στο τεταρτοκύκλιο στην αρχή ολισθαίνοντας και μετά κυλιόμενη. Τελικά

εγκαταλείπει το ανώτερο άκρο του τεταρτοκυκλίου με γωνιακή ταχύτητα . Να

βρεθούν:α) η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς τον άξονα περιστροφής της.β) η ταχύτητα της σφαίρας αμέσως μετά την κρούση.γ) το ύψος h, πάνω από το τεταρτοκύκλιο, στο οποίο θα φτάσει η σφαίρα.δ) η γωνιακή ταχύτητα της σφαίρας στο ανώτατο σημείο της τροχιάς της.Δίνεται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα που είναι κάθετος σ’ αυτήν και διέρχεται από

το κέντρο μάζας της, και .

34α) Ο δίσκος του σχήματος έχει μάζα, ακτίνα κυλίεται χωρίς

να ολισθαίνει σε οριζόντιο επίπεδο. Κάποια στιγμή ηταχύτητα του κέντρου του Ο έχει μέτρο

. Το σημείο Α βρίσκεται στην

περιφέρεια του δίσκου και το ΑΟ είναι οριζόντιο. Ναυπολογίσετε:

α) το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας του δίσκου.β) την ταχύτητα του σημείου Α.γ) την κινητική ενέργεια του δίσκου.δ) την κινητική ενέργεια λόγω περιστροφής του δίσκου ως προς ένα στιγμιαίο άξονα περιστροφής που περνάει από τα σημεία επαφής του δίσκου με το έδαφος και είναι παράλληλος στον αρχικό άξονα που περνάει από το Ο. Να θεωρήσετε ότι ο δίσκος κάνει μόνο περιστροφική κίνηση ως προς τον άξονα αυτό με την ίδια γωνιακή ταχύτητα. Τι παρατηρείτε;Δίνεται η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς άξονα που διέρχεται από το κέντρο του Ο:

.

35. Μια ξύλινη ράβδος μήκους και

μάζας ισορροπεί ελεύθερη σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Ένα

σώμα Σ μάζας που κινείται οριζόντια με

29


ταχύτητα χτυπά κάθετα στο άκρο Α της ράβδου. Μετά την κρούση το σώμα Σ

ακινητοποιείται. Αν γνωρίζουμε ότι το σώμα Σ ως προς το κέντρο μάζας της ράβδου έχει

στροφορμή που βρίσκεται από τη σχέση , να βρείτε:

α) την ταχύτητα του κέντρου μάζας της ράβδου αμέσως μετά την κρούση.β) τον άξονα γύρω από τον οποίο θα περιστραφεί η ράβδος και τη γωνιακή ταχύτητα που θα αποκτήσει.γ) τον αριθμό των περιστροφών που θα εκτελέσει η ράβδος στο χρονικό διάστημα που απαιτείται για να μετατοπιστεί το κέντρο μάζας της κατά .δ) Την ταχύτητα του πάνω άκρου της ράβδου (Β), όταν αυτή θα έχει συμπληρώσει 1,5 περιστροφές.Δίνεται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα που είναι κάθετος σε αυτήν και διέρχεται από

το κέντρο μάζας της, .

35α) Η ομογενής και συμπαγής ράβδος του σχήματοςέχει μάζα , μήκος και μπορεί ναστρέφεται γύρω από άξονα που διέρχεται από το μέσο τηςΟ και είναι κάθετος σε αυτή. Στη ράβδο ασκείται συνεχώς

μια δύναμη σταθερού μέτρου που σχηματίζει

γωνία με την προέκταση της ράβδου. Η γωνίααυτή παραμένει σταθερή σε όλη τη διάρκεια τηςπεριστροφής της ράβδου. Να υπολογίσετε:

α) την κινητική ενέργεια της ράβδου τη στιγμή που η γωνιακή της ταχύτητα έχει μέτρο

.

β) το έργο της δύναμης μετά από δύο περιστροφές της ράβδου.

γ) το ρυθμό με τον οποίο η δύναμη μεταφέρει ενέργεια στη ράβδο τη στιγμή που η στροφορμή

της έχει μέτρο .

δ) το ρυθμό μεταβολής της κινητικής ενέργειας της ράβδου τη στιγμή που η κινητική της ενέργεια είναι .

Δίνεται: Η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς τον άξονα περιστροφής της είναι:

36. Μια κατακόρυφη τροχαλία έχει τυλιγμένο γύρω της ένα λεπτόαβαρές σχοινί, στο ελεύθερο άκρο του οποίου είναι δεμένο ένα σώμα (Σ)μάζας . Η τροχαλία έχει ακτίνα ,

μάζα και μπορεί να στρέφεται γύρω από σταθερό οριζόντιοάξονα, ο οποίος ταυτίζεται με τον άξονα που διέρχεται από το κέντρο μάζας

30


της τροχαλίας. Τη χρονική στιγμή , αφήνουμε το σύστημα να κινηθεί.

Να βρείτε:α) Την επιτάχυνση που θα αποκτήσει το σώμα Σ.β) Το μέτρο της δύναμης που ασκεί ο άξονας περιστροφής στην τροχαλία.γ) Για τη χρονική στιγμή ζητούνται: 1) Η στροφορμή της τροχαλίας. 2) Ο ρυθμός μεταβολής της στροφορμής της τροχαλίας.

Η ροπή αδράνειας της τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της είναι .

Δίνεται . Τριβές δεν υπάρχουν.

36α) Η ράβδος ΟΑ του σχήματοςμε μήκος και μάζα

είναι οριζόντια καιπεριστρέφεται υπό την επίδρασηοριζόντιας δύναμης μέτρου

, η οποία είναι διαρκώςκάθετη στη ράβδο, στο άκρο της Α. Ηπεριστροφή γίνεται γύρω από σταθερόκατακόρυφο άξονα που διέρχεται από τοΟ.

Αρχικά η ράβδος είναι ακίνητη. Οι τριβές θεωρούνται αμελητέες. Να υπολογιστούν:α) Η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς τον άξονα περιστροφής της.β) Η ροπή της δύναμης ως προς τον άξονα περιστροφής.γ) Το έργο που έχει προσφέρει η δύναμη στη ράβδο στη διάρκεια της πρώτης περιστροφής.δ) Η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου στο τέλος της πρώτης περιστροφής.ε) Ο ρυθμός με τον οποίο η δύναμη μεταφέρει ενέργεια στη ράβδο στο τέλος της πρώτης περιστροφής.

Δίνονται: .

Η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα που διέρχεται από το κέντρο μάζας της και είναι

κάθετος στη ράβδο .

31


37. Δύο σώματα Σ1 και Σ2 που έχουνμάζες και αντίστοιχα, συνδέονται μεταξύ τους με αβαρές νήμα τοοποίο διέρχεται από το αυλάκι ομογενούςτροχαλίας μάζας καιακτίνας . Το σώμα Σ1 κρέμεταικατακόρυφα και το Σ2βρίσκεται σε λείοοριζόντιο επίπεδο. Τη χρονική στιγμή αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο να κινηθεί.

Να υπολογίσετε:α) το μέτρο της επιτάχυνσης του σώματος Σ1.β) τις τιμές των τάσεων Τ1 και Τ2 των δύο νημάτων.γ) το ρυθμό μεταβολής της στροφορμής της τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της.δ) τη στροφορμή της τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της, την χρονική στιγμή .

Η ροπή αδράνειας της τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της είναι .

Δίνεται .

37α) Η ομογενής τροχαλία του σχήματος έχει μάζα και ακτίνα . Τα σώματα και

έχουν αντίστοιχα μάζες και . H τροχαλία

και τα σώματα , είναι αρχικά ακίνητα και τα κέντρα μάζας

των , βρίσκονται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο. Τη χρονικήστιγμή το σύστημα αφήνεται ελεύθερο να κινηθεί και τηχρονική στιγμή η κατακόρυφη απόσταση των κέντρων μάζας των

σωμάτων και είναι . Τη χρονική στιγμή να υπολογίσετε:

α) την ταχύτητα των σωμάτων και .β) το μέτρο της στροφορμής της τροχαλίας.γ) το πηλίκο της κινητικής ενέργειας των σωμάτων και προς την κινητική ενέργεια της τροχαλίας.δ) τον αριθμό των στροφών της τροχαλίας.ε) το ρυθμό με τον οποίο μεταφέρεται ενέργεια στην τροχαλία.

Δίνονται: Η ροπή αδράνειας της τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της , η

επιτάχυνση της βαρύτητας και .

32


Σημείωση: Η τριβή ανάμεσα στην τροχαλία και στο νήμα είναι αρκετά μεγάλη, ώστε να μην παρατηρείται ολίσθηση του νήματος. Το νήμα είναι αβαρές.

Να θεωρήσετε ότι τα σώματα και δε φτάνουν στο έδαφος, ούτε συγκρούονται με την τροχαλία.

38. Οριζόντιος ομογενής και συμπαγής δίσκος, μάζας και ακτίνας , μπορεί να περιστρέφεται χωρίς τριβές γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το κέντρο του (Ο). Αρχικά ο δίσκος ηρεμεί.Τη χρονική στιγμή ασκούμε στο δίσκο

δύναμη σταθερού μέτρου η οποία εφάπτεται

συνεχώς στην περιφέρειά του, οπότε ο δίσκος αρχίζει ναπεριστρέφεται.

Κάποια χρονική στιγμή ο δίσκος έχει στροφορμή

μέτρου . Για αυτή τη χρονική

στιγμή να υπολογίσετε:

α) το έργο της δύναμης στο χρονικό διάστημα από έως .

β) τον αριθμό των στροφών που έχει διαγράψει ο δίσκος στο παραπάνω χρονικό διάστημα.

γ) το ρυθμό με τον οποίο η δύναμη μεταφέρει ενέργεια στo δίσκο τη χρονική στιγμή .

δ) το ρυθμό μεταβολής της κινητικής του ενέργειας τη χρονική στιγμή . Τι εκφράζει ο ρυθμός αυτός;

Δίνονται: και η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς τον άξονα περιστροφής

του .

39) Μια ομογενής και συμπαγής σφαίραμάζας και ακτίνας αφήνεται (θέση Α) να κυλήσει κατά μήκος ενόςπλάγιου επιπέδου γωνίας κλίσης φ,με . Η σφαίρα κυλίεται χωρίς ναολισθαίνει. Τη στιγμή που το κέντρο μάζας τηςσφαίρας έχει κατακόρυφη μετατόπιση (θέση Γ), να υπολογίσετε:

α) το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας.

β) τον αριθμό των περιστροφών που έχει εκτελέσει μέχρι τότε.

γ) το λόγο της μεταφορικής προς την περιστροφική κινητική ενέργεια της σφαίρας σε κάποια

33


χρονική στιγμή, κατά τη διάρκεια της κίνησής της.

δ) Για τη μετατόπιση της σφαίρας από τη θέση Α έως τη θέση Γ να υπολογίσετε με τη βοήθεια του

θεωρήματος έργου-ενέργειας το έργο της στατικής τριβής

δ1) κατά τη μεταφορική κίνηση.

δ2) κατά τη περιστροφική κίνηση. Τι παρατηρείτε;

Δίνονται: Η ροπή αδράνειας της σφαίρας ως προς τον άξονά της και η επιτάχυνση

της βαρύτητας .

39α) Στο γιογιό του σχήματος που έχει μάζα και ακτίνα

, έχει τυλιχτεί πολλές φορές γύρω του λεπτό αβαρές νήμα. Μεσταθερό το ένα άκρο του νήματος αφήνουμε το γιογιό να κατεβαίνει. Όταν

αυτό έχει κατέβει κατά αποκτά μεταφορική ταχύτητα

. Να υπολογίσετε:

α) Τη μεταφορική επιτάχυνση του κέντρου μάζας του σώματος.β) Τη γωνιακή επιτάχυνση του σώματος και την τάση του νήματος.γ) Το λόγο της στροφικής κινητικής ενέργειας προς τη μεταφορική κινητική ενέργεια του σώματος, χωρίς να θεωρήσετε γνωστό τον τύπο της ροπής αδράνειας του γιογιό.δ) Τη σχέση που περιγράφει πώς μεταβάλλεται η στροφική κινητική ενέργεια του σώματος σε συνάρτηση με το χρόνο.

Δίνονται: .

40) Η ομογενής ράβδος του σχήματος μπορεί να περιστρέφεται χωρίς τριβές, γύρω από σταθερό κατακόρυφο άξονα που περνά από το σημείο Ο. Η ράβδος έχει μάζα και μήκος . Στη ράβδο ασκείται συνεχώς μια οριζόντια

δύναμη η οποία έχει σταθερό μέτρο και είναι

διαρκώς κάθετη στη ράβδο, στο άκρο της Α. Τη χρονική στιγμή η ράβδος είναι ακίνητη. Να υπολογιστούν:

α) Η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς το σημείο Ο.

34


β) Το έργο που παράγει η δύναμη στη διάρκεια της πρώτης περιστροφής.

γ) Η κινητική ενέργεια που έχει η ράβδος μετά από δύο περιστροφές.

δ) Ο ρυθμός με τον οποίο η δύναμη μεταφέρει ενέργεια στη ράβδο στο τέλος της δεύτερης

περιστροφής.

Δίνονται: . Η απόσταση και η ροπή αδράνειας της ράβδου ως

προς άξονα που διέρχεται από το κέντρο μάζας της και είναι κάθετος στη

ράβδο .

41) Η ράβδος ΑΒ είναι ομογενής καιισοπαχής με μήκος καιμάζα . Το άκρο Α της ράβδουσυνδέεται με άρθρωση σε κατακόρυφο τοίχο. Τοάλλο άκρο της Β συνδέεται με τον τοίχο μεαβαρές νήμα που σχηματίζει γωνία με τη ράβδο, η οποία ισορροπεί οριζόντια, όπωςφαίνεται στο σχήμα.

α) Να υπολογίσετε το μέτρο της δύναμης που ασκείται στη ράβδο από το νήμα.

Κάποια στιγμή κόβουμε το νήμα στο άκρο Β και η ράβδος αρχίζει να περιστρέφεται χωρίς

τριβές γύρω από την άρθρωση σε κατακόρυφο επίπεδο. Να υπολογίσετε:

β) Το μέτρο της γωνιακής επιτάχυνσης της ράβδου μόλις κοπεί το νήμα.

γ) Την κινητική ενέργεια της ράβδου, τη στιγμή που διέρχεται από την κατακόρυφη θέση.

δ) Σε ποια θέση της ράβδου, καθώς αυτή κινείται από την οριζόντια αρχική της θέση και μέχρι

να διέλθει από την κατακόρυφη θέση, ο ρυθμός μεταβολής της κινητικής ενέργειας της είναι

στιγμιαία μηδέν.

Δίνονται: Η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς τον οριζόντιο άξονα που διέρχεται από το

κέντρο μάζας της και είναι κάθετος σε αυτή , η επιτάχυνση της

35


βαρύτητας και .

42) Η ομογενής και συμπαγής σφαίρα του σχήματος έχει μάζα και

ακτίνα και αφήνεται από ύψος , να κινηθεί κατά μήκους κεκλιμένου επιπέδου και στη συνέχεια στο εσωτερικό της κυκλικής στεφάνης ακτίνας . Η σφαίρα κυλίεται συνεχώς χωρίς να ολισθαίνει. Για να κάνει η σφαίρα με ασφάλειαανακύκλωση, να υπολογιστεί:

α) το μέτρο της ελάχιστης τιμής της ταχύτητάς της στο σημείο Δ.

β) το μέτρο της ελάχιστης γωνιακής ταχύτητας ως προς τον άξονα περιστροφής της, στο σημείο Γ.

γ) το μέτρο της κάθετης δύναμης που δέχεται από το οριζόντιο επίπεδο στη θέση Γ αν από τη

θέση αυτή διέρχεται με γωνιακή ταχύτητα ίση με αυτή που υπολογίσατε στο ερώτημα β.

δ) το ελάχιστο ύψος .

Δίνονται η ροπή αδράνειας της σφαίρας ως προς τον άξονά της , η επιτάχυνση

της βαρύτητας και .

43) Στην επιφάνεια ενός ομογενούς κυλίνδρου μάζας και

ακτίνας , έχουμε τυλίξει λεπτό σχοινί αμελητέας μάζας, το ελεύθεροάκρο του οποίου έλκεται με σταθερή

οριζόντια δύναμη μέτρου , όπως

φαίνεται στο σχήμα. Το σχοινί ξετυλίγεται χωρίς ολίσθηση, περιστρέφοντας ταυτόχρονα τον κύλινδρο. Ο κύλινδρος μπορεί να κυλίεται χωρίς ολίσθηση και αρχικά ηρεμούσε στη θέση Α. Όταν βρεθεί στη θέση Γ έχει ξετυλιχθεί σχοινί τόσο, ώστε το σημείο εφαρμογής της

δύναμης να έχει μετατοπιστεί

κατά .

Να υπολογισθεί:

36


α) το μέτρο της επιτάχυνσης του κέντρου μάζας του κυλίνδρου.

β) η στατική τριβή.

γ) η ισχύς της δύναμης στη θέση Γ.

δ) το ποσοστό της κινητικής του ενέργειας που είναι στροφική στη θέση Γ.

Δίνονται: η επιτάχυνση βαρύτητας και η ροπή αδράνειας του κυλίνδρου ως προς τον

άξονα περιστροφής του .

44) Ο δίσκος του σχήματος είναι οριζόντιος, έχει μάζα και ακτίνα . Στη θέση Β του

δίσκου βρίσκεται ένα παιδί με μάζα και το σύστημα παιδί – δίσκος περιστρέφεται χωρίς τριβές, με γωνιακή

ταχύτητα , γύρω από κατακόρυφο άξονα

που διέρχεται από το κέντρο του δίσκου Ο. Αν το παιδί μετακινηθεί από τη θέση Β στη θέση Α του δίσκου (βλέπε σχήμα), τότε η γωνιακή ταχύτητα του δίσκου γίνεται . (Να θεωρήσετε το παιδί ως σημειακή μάζα).

α) Να υπολογίσετε τη γωνιακή ταχύτητα .

β) Να υπολογίσετε την μεταβολή της κινητικής ενέργειας του συστήματος.

γ) Να υπολογίσετε το μέτρο της μεταβολής της στροφορμής του παιδιού.

δ) Που οφείλονται οι παραπάνω μεταβολές (στα ερωτήματα β και γ);

Δίνονται: οι αποστάσεις και η ροπή αδράνειας του δίσκου ως

προς άξονα που διέρχεται από το κέντρο του

45) Η ομογενής ράβδος ΑK στηρίζεται στο άκρο τηςΚ μέσω άρθρωσης και αρχικά κρέμεται κατακόρυφα (θέση Ι).Η ράβδος ΑΚ έχει μήκος και

μάζα . Στο άκρο της Α ασκούμε συνεχώς μια

δύναμη κάθετη στη ράβδο η οποία έχει σταθερό μέτρο,

οπότε η ράβδος αρχίζει να ανεβαίνει. Όταν η ράβδος φτάσει

37


στη θέση (ΙΙ), όπου σχηματίζει γωνία με την κατακόρυφη,

καταργείται η δύναμη και η ράβδος φτάνει στην κατακόρυφη θέση

(ΙΙΙ), χωρίς γωνιακή ταχύτητα.

Να υπολογίσετε:

α) Το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας της ράβδου ως προς τον άξονα περιστροφής της στη θέση

(ΙΙ).

β) Το έργο της δύναμης για τη περιστροφή της ράβδου από τη θέση (Ι) στη θέση (ΙΙ).

γ) Το μέτρο της δύναμης .

δ) Το ποσοστό του έργου της δύναμης που μετατράπηκε σε κινητική ενέργεια της ράβδου

κατά τη περιστροφή της από τη θέση (Ι) στη θέση (ΙΙ).

Δίνονται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς άξονα περιστροφής που περνά από το άκρο της Κ

και είναι κάθετος σε αυτή: , η επιτάχυνση της βαρύτητας

και .

46) Στο σχήμα φαίνεται σε τομή μια τροχαλία που αποτελείται από δύο ομοαξονικούς κυλίνδρους με ακτίνες και , που μπορεί να περιστρέφεται χωρίς τριβές γύρω από οριζόντιο άξονα, ο οποίος διέρχεται από το κέντρο της τροχαλίας. Τα σώματα και έχουν ίσες

μάζες και είναι στερεωμένα μέσω νημάτων που είναι

τυλιγμένα στους κυλίνδρους. H τροχαλία και τα σώματα είναι αρχικά

ακίνητα και τα κέντρα μάζας των βρίσκονται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο. Τη χρονική στιγμή το σύστημα αφήνεται ελεύθερο να κινηθεί και τη χρονική στιγμή το σώμα έχει κατέβει κατά .

Α. Να δείξετε:

α) ότι η ταχύτητα του σώματος είναι συνέχεια διπλάσια της ταχύτητας του σώματος .

β) ότι το διάστημα που διανύει το σώμα είναι συνέχεια διπλάσιο του διαστήματος που

διανύει το σώμα .

Β. Τη χρονική στιγμή να υπολογίσετε:

γ) τη γωνιακή ταχύτητα της τροχαλίας.

38


δ) το ρυθμό με τον οποίο το βάρος του σώματος μεταφέρει ενέργεια στο σύστημα.

Δίνονται: Η ροπή αδράνειας της τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της

είναι και η επιτάχυνση της βαρύτητας .

Σημείωση: Η τριβή ανάμεσα στην τροχαλία και στο νήμα είναι αρκετά μεγάλη, ώστε να μην

παρατηρείται ολίσθηση. Το νήμα είναι αβαρές.

Να θεωρήσετε ότι τα σώματα και δεν φτάνουν στο έδαφος ούτε συγκρούονται με την

τροχαλία.

47) Η κατακόρυφη τροχαλία του σχήματος, μάζας και

ακτίνας , μπορεί να περιστρέφεται χωρίς τριβές γύρω από οριζόντιο άξονα που περνάει από το κέντρο τηςΟ και είναι κάθετος σε αυτήν. Στο αυλάκι της τροχαλίας περνά νήμα που από το ένα άκρο του κρέμεται σώμα μάζας και στο άλλο άκρο του είναι δεμένος ένας

κατακόρυφος τροχός που έχει

μάζα και ακτίνα .

α) Να υπολογίσετε το μέτρο της δύναμης ώστε το σύστημα που εικονίζεται στο σχήμα να

παραμείνει ακίνητο.

Τη χρονική στιγμή που το σύστημα του σχήματος είναι ακίνητο, αυξάνουμε τη δύναμη

ακαριαία έτσι ώστε να γίνει .

β) Να υπολογίσετε την επιτάχυνση του σώματος .

Για τη χρονική στιγμή που το σώμα έχει ανέλθει κατά , να υπολογίσετε:

γ) Το μέτρο της στροφορμής της τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της.

δ) Τη μετατόπιση του τροχού από την αρχική του θέση.

ε) Το ποσοστό του έργου της δύναμης που μετατράπηκε σε κινητική ενέργεια του

τροχού κατά τη μετατόπιση του σώματος κατά .

Δίνονται η επιτάχυνση της βαρύτητας , η ροπή αδράνειας της

39


τροχαλίας ως προς τον άξονα περιστροφής της και του σώματος

ως προς τον άξονα περιστροφής του .

Σημείωση: Η τριβή ανάμεσα στην τροχαλία και στο νήμα είναι αρκετά μεγάλη, ώστε να μην

παρατηρείται ολίσθηση. Το νήμα είναι αβαρές. Ο τροχός κυλίεται χωρίς ολίσθηση.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ1. [100rad/s, 0,1m, 200rad, 100/π]2. [4rad/s2, 80rad, 100/π]3. [2rad/s2, 0rad/s2, 12,5/π, 10s, 2,5s]4. [2m/s2, 10m, 10√10 rad/s, 4√10 m/s]5. [είναι ίσες, 10rad/s, 20/π, 40rad]6. [200/3 N, 100/3N, 200N]7. [100N, √3/3]8. [0,75m, 0,6m, 3/7m]9. [1,5m, 2000N]10. [890N, 410N, 250N, 1050N, 5m]11. [12,5N]12. [0,05kgm2, 10kg, 100rad/s, 500/π]13. [16Nm, 8kgm2, 2rad/s2, 8m/s]14. [5rad/s2, 10-2kgm2, 40rad, 2m]15. [0,75kgm2, 30, 50/π, 80N]16. [1,5m, 10N, 7,5rad/s2, 6rad/s2]17. [7,5kgm2, 30Nm, 4rad/s2, a=8συνφ, ευθεία γραμμη]18. [2m/s2, 8rad/s2, 0,25kgm2, 8kg, 88N]19. [250rad/s2, 20/3m/s2, 0,3N, 0,3m]20. [3m/s2, 1N, μσ>0,23]21. [αριστερόστροφα, 20rad/s2, 1050N, 12m]22. [2N, 2m/s2, 10rad/s2, 50rad/s, 18m/s]23. [6N, 3m/s2, 10rad/s2, 6m]24. [4m/s2, 8m/s2, +2N, 0,1]25. [2m/s2, 1N, προς τα αριστερά, 8/3m/s2, 3m]26. [0,5kgm2, 5kgm2/s]27. [180kgm2/s, -1rad/s, 3π/3,5 s]28. [0,05kgm2/s, 0,025kgm2/s, -2,5rad/s, 0,375Nm]29. [6,4√2kgm2/s, 12,8kgm2/s, 6,4Nm]30. [2,5∙10-2kgm2, 0,5kgm2/s, 40/πHz, 300%]31. [100rad/s2, 1/45Nm, 1/150kgm2/s, 2√2m/s, 45o]32. [10kgm2/s, -10/3m/s2, -10/3kgm2/s2, 8m/s]33. [1rad/s, 20N, -20N, 0,75/π]

40


34. [1kgm2, 5m/s, 3,2cm, 8rad/s]35. [1m/s, 15rad/s, 7,5/π, 4m/s]36. [5m/s2, 25N, 1kgm2/s, 0,5kgm2/s2]37. [5m/s2, 10N, 5N, 1Nm, 2kgm2/s]38. [600J, 50/π, 120J/s, 120J/s]39. [20rad/s, 20/π, 5/2, -80J, 80J]40. [3kgm2, 40πJ, 80πJ, 260J/s]41. [30N, 7,5rad/s2, 30J, κατακόρυφη]42. [10m/s, 98rad/s, 48,4N, 27,1m]43. [4m/s2, -2N, 48W, 33,3%]44. [7,6rad/s, 4256J, -800kgm2/s]45. [10rad/s, 3J, 30/πΝ, 25%]46. [√40ras/s, 8√10W]47. [40N, 4m/s2, 0,6kgm2/s, 1m, 15%]

41

20141203στερεο digital

Education

Transcript of 20141203στερεο digital