2.31. Точка М движется по ок-
ружности со скоростью . На рис. а показан график скорости υ от времени ( – единичный вектор положительного на-
правления; υ – проекция на это направление). На рис. б укажите направление силы, действующей на точку М в момент времени t3.
1) 4; |
2)1; |
υ |
M |
|
|
|
|
1
4 3 2
t1 |
|
t2 |
|
t3 |
t |
|
|
|
а |
|
б |
3) 3; |
4) 2. |
2.32. Тело массой 5 кг движется равномерно по вогнутому мосту со скоростью 10 м/с. В нижней точке сила давления тела на мост вдвое превосходит силу тяжести. Радиус кривизны моста равен ...
1) 5 м; |
2) 10 м; |
3) 3 м; |
|
4) 1 м. |
|
||||||||||
2.33. Система состоит из трех шаров с массами |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
y |
|
|
|
|
||||||||||
m1 = 1 |
кг, m2 = 2 кг, |
m3 = 3 кг, |
которые движутся |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|||||||||||||
так, как показано на рисунке. Если скорости ша- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
m1 |
|
|
|
|
||||||
ров υ1 |
= 3 м/с, υ2 = 2 м/с, υ3 = 1 м/с, то величина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
скорости центра масс этой системы равна... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
x |
|||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|||
1) |
10 м/с; |
2) 5/3 м/с; |
|
|
|
|
|
m3 |
|
|
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
3) |
4 м/с; |
4) 2/3 м/с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|||||
2.34. Механическая система состоит из трех час-
тиц, массы которых m1 = 0,1 г, m2 = 0,2 г, т3 = 0.3 г. Первая частица находится в точке с координатами (1, 2, 0), вторая – в точке с координатами (0, 2, 1), третья – в точке с координатами (1, 0, 1) (координаты даны в сантиметрах). Тогда УC – координата центра масс
– равна…
1) 1 см; |
2) 2 см; |
3) 3 см; |
4) 5 см. |
2.35. Механическая система состоит из трех частиц, массы которых m1 = 0,1 г, m2 = 0,2 г , т3 = 0.3 г. Первая частица находится в точке с координатами (2, 3, 0), вторая – в точке с координатами (2, 0, 1), третья – в точке с координатами (1, 1, 0) (координаты даны в сантиметрах). Тогда УC – координата центра масс – равна…
1) 1 см; |
2) 2 см; |
3) 3 см; |
4) 5 см. |
25
3. Динамика вращательного движения твердого тела
Момент инерции материальной точки J характеризует инер-
ционные свойства вращающейся точки:
J = m r2,
где m – масса точки; r – расстояние от оси вращения до точки.
Момент инерции тела (зависит от формы тела, распределения массы по объему и положения оси вращения):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2dmi . |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J ri |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Моменты инерции некоторых тел: |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
J = m R |
2 |
|
|
Материальной точки, обруча, тон- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
костенного цилиндра, |
относительно |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оси, проходящей через центр сим- |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
метрии тела (R– радиус). |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
1 |
|
m R2 |
Круглого однородного диска, сплош- |
|
|
|
|
|
|
||||||||
J = |
|
|
|
ного цилиндра, относительно оси, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
2 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
проходящей через центр симметрии |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тела. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
J |
mR2 |
|
|
Круглого однородного диска, отно- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
4 |
|
|
|
сительно оси совпадающей с его |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
диаметром. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
Однородного шара |
|
относительно |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
J = |
|
|
5 |
|
m R |
оси, проходящей через его центр |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
масс. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
J = |
1 |
|
|
m |
2 |
Тонкого стержня относительно оси, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
12 |
|
проходящей через его центр тяже- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сти ( длина стержня). |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
J = |
|
1 |
m |
2 |
|
Тонкого стержня относительно оси, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
3 |
|
|
|
проходящей через его конец. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26
Теорема Штейнера:
J = J + ma2, |
|
|
0 C |
|
|
где J0 – момент инерции тела относительно про- |
a |
|
извольной оси ОО'; |
||
O |
||
JC – момент инерции тела относительно оси, С |
||
|
||
параллельной данной и проходящей через |
|
|
центр масс С; |
О' |
|
а – расстояния между осями. |
||
|
||
Момент силы: |
|
|
|
|
|
M |
|
M [r |
F]; |
|
|
F |
|
M rF sin ; |
|
r |
|||
O |
|
||||
r sin – плечо силы, |
кратчайшее расстояние |
|
|
||
|
|
||||
между линией действия силы и осью вращения |
|
|
|||
|
|
|
|||
(линию действия силы можно продолжать в лю- |
|
|
|
||
бую сторону). Направление определяется по правилу векторного |
|||||
произведения. |
|
|
|
|
|
Момент импульса материальной точки: |
|
|
|
||
|
|
|
O r |
m |
|
L [r |
P]; |
|
|
|
|
L rP sin 90 rP rm ; |
L |
|
P |
||
|
|
||||
r – радиус-вектор, проведенный от оси вращения |
|
|
|
||
до заданной точки. |
|
|
|
|
|
Момент импульса тела: |
|
|
|
||
L J .
Направление совпадает с направлением угловой скорости.
Основное уравнение динамики вращательного движения (второй закон Ньютона для вращательного движения):
|
|
|
|
dL |
|||
M |
|
или M J . |
|
dt |
|||
Связь момента силы с изменением момента импульса (второй закон Ньютона в интегральной форме):
M t L.
27
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тестовые задания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.1. К точке, лежащей на внешней поверх- |
|
|
|
|
|
|
F1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
F2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
ности диска, приложены 4 силы. Если ось |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вращения проходит через центр О диска |
|
|
b |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
F3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
а |
|
|
|
|
|
|
|
перпендикулярно |
плоскости рисунка, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
c |
|
F4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плечо силы F1 равно…. |
||
|
O |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) b; |
2) a; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3) 0; |
4) c. |
3.2. К диску, который может свободно вращаться вокруг оси, проходящей через точку О, прикладывают одинаковые по величине силы (см. рис.). Момент сил будет максимальным в положении...
|
1) |
|
2) |
|
3) |
|
|
4) |
|
|
5) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
3.3. Диск может вращаться вокруг оси, |
||||||||||
|
|
|
|
перпендикулярной |
плоскости |
диска |
и |
|||||||
|
|
|
|
проходящей через его центр. К нему при- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
кладывают одну из сил ( F1 |
, F2 , |
F3 или F4 ), |
||||||||
|
|
|
|
лежащих в плоскости диска и равных по |
||||||||||
|
|
|
|
модулю. Верным для угловых ускорений |
||||||||||
|
|
|
|
диска является соотношение... |
|
|
|
|||||||
1) 1 = 2 = 3 = 4; |
|
|
2) 3 > 2 > 1, 4 = 0; |
|
|
|
||||||||
3) 3 > 1 , 2 > 4; |
|
|
4) 3 < 2 < 1< 4. |
|
|
|
||||||||
28
3.4. Диск может вращаться вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его
центр. |
В |
точке А прикладывают одну из сил |
||
|
|
|
|
|
( F1 |
, F2 |
, F3 |
или |
F4 ), лежащих в плоскости диска. Не |
создает вращающего момента относительно рассматриваемой оси сила…
1) |
|
; |
2) |
|
; |
F |
F |
||||
|
1 |
|
|
2 |
|
3) |
F3 ; |
4) |
F4 . |
||
F4 F3
F2
А
F1
О
3.5. Для условия предыдущего теста верным для моментов этих сил относительно рассматриваемой оси является соотношение…
1) М1 = М2 = М3; М4 = 0; |
2) М1 < М2 < М3< М4; |
3) М1 > М2 > М3; М4 = 0; |
4) М1 < М2 < М3; М4 = 0. |
3.6. Колесо вращается так, как показано на рисунке белой стрелкой. К ободу колеса приложена сила, направленная по касательной. Правильно изображает тангенциальное ускорение вектор ...
1) 2; |
2) 3; |
3) 5; |
4) 1; |
5) 4. |
|
3.7. Для условия предыдущего теста правильно изображает угловое ускорение колеса вектор…
1) 2; |
2) 3; |
3) 5; |
4) 1; |
5) 4. |
3.8. Колесо вращается так, как показано на рисунке белой стрелкой. К ободу колеса приложена сила, направленная по касательной. Правильно изображает угловое перемещение колеса вектор ...
1) 5; |
2) 2; |
3) 3; |
4) 4; |
5) 1. |
|
29