infist

บทที่ 7 · การเคลื่อนที่ในสองมิติ

Problem 7.164 Challenge

หัวข้อ: การหมุนของวัตถุแข็งเกร็งรอบแกนคงที่ (Rotation of a Rigid Object About a Fixed Axis)

ยิงวัตถุเล็กๆ มวล m ด้วยอัตราเร็ว u เข้าชนปลายด้านล่างของแท่งวัตถุมวล M ยาว ℓ ซึ่งมีจุดหมุนอยู่ที่ปลายด้านบนของแท่งวัตถุ หลังการชน มวล m ติดไปกับ ปลายด้านล่างของแท่งวัตถุ หลังจากการชนวัตถุจะหมุนทำมุมได้มากที่สุดเท่าใด
คำตอบ
\(\theta = \cos ^{-1}(1 -\frac{3m^{2}u^{2}}{(3m + M)(2m + M)g\ell}) \;\blacksquare\)
ดูวิธีทำ

จาก \(Σ\vec{L}_{f}= \Sigma \vec{L}_{i};\) ขณะชน \(Στ = 0\)

\(|\Sigma \vec{L}_{f}|= |\Sigma \vec{L}_{i}|\)

\(I_{f}\omega = rp_{i}\)

\((m\ell ^{2}+\frac{1}{3}M\ell ^{2})\omega = (\ell )(mu)\)

\(\omega =\frac{3mu}{(3m + M)\ell}\)

จาก \(\Sigma W_{NC}= \Delta E\)

\(0 = \Delta K + \Delta U\)

\(0=-\frac{1}{2}I\omega ^{2}+Mg\frac{\ell}{2}(1-\cos \theta )+mg\ell (1-\cos \theta )\)

\(\cos \theta = 1 -\frac{I}{(2m + M)g\ell}\omega ^{2}\)

\(\cos \theta = 1 -\frac{(m\ell ^{2} +\frac{1}{3}M\ell ^{2})}{(2m + M)g\ell}(\frac{3mu}{(3m + M)\ell})^{2}\)

\(\theta = \cos ^{-1}(1 -\frac{3m^{2}u^{2}}{(3m + M)(2m + M)g\ell}) \;\blacksquare\)

โจทย์อื่นในหัวข้อ การหมุนของวัตถุแข็งเกร็งรอบแกนคงที่ (Rotation of a Rigid Object About a Fixed Axis)
7.108 7.109 7.110 7.111 7.112 7.113 7.114 7.115 7.116 7.117 7.118 7.119