บทที่ 7 · การเคลื่อนที่ในสองมิติ
Problem 7.163 Challenge
หัวข้อ: การหมุนของวัตถุแข็งเกร็งรอบแกนคงที่ (Rotation of a Rigid Object About a Fixed Axis)
ยิงวัตถุเล็กๆ มวล m ด้วยอัตราเร็ว u เข้าชนปลายแท่งวัตถุมวล M ยาว ℓ หลัง การชน มวล m ติดไปกับปลายแท่งวัตถุ ทำให้วัตถุหมุนรอบจุดศูนย์กลางมวล ของแท่งวัตถุดังกล่าว พลังงานจลน์ของระบบเปลี่ยนแปลงไปเท่าใด
คำตอบ
\(\Delta K = -\frac{mMu^{2}}{2(3m + M)}\;\blacksquare\)
\(\Delta K = -\frac{mMu^{2}}{2(3m + M)}\;\blacksquare\)
ดูวิธีทำ
จาก \(Σ\vec{L}_{f}= \Sigma \vec{L}_{i}; \Sigma τ = 0\)
\(|\Sigma \vec{L}_{f}|= |\Sigma \vec{L}_{i}|\)
\(I_{f}\omega _{f}= rp_{i}\)
\((m(\frac{\ell}{2})^{2}+\frac{1}{12}M\ell ^{2})\omega _{f}=(\frac{\ell}{2})(mu)\)
\(\omega _{f}=\frac{6mu}{(3m + M)\ell}\)
จาก \(\Delta K = K_{f}- K_{i}\)
\(\Delta K=\frac{1}{2}I_{f}\omega _{f}^{2}-\frac{1}{2}mv_{i}^{2}\)
\(\Delta K=\frac{1}{2}(m(\frac{\ell}{2})^{2}+\frac{1}{12}M\ell ^{2})(\frac{6mu}{(3m + M)\ell})^{2}-\frac{1}{2}mu^{2}\)
\(\Delta K = -\frac{mMu^{2}}{2(3m + M)}\;\blacksquare\)