例子问题
例子问题416:运动和力学
为了让一个平坦、均匀的圆柱形航天器以正确的速度旋转,宇航员们围绕圆柱形航天器的边缘等距发射四枚切向火箭。假设宇宙飞船的质量是半径为,每枚火箭增加的质量为.如果卫星要到达目的地,每枚火箭所需的稳定力是多少在.
为了使航天器旋转,火箭必须给航天器的边缘提供一个扭矩。
我们可以计算航天器和沿边缘的4枚火箭的转动惯量。
宇宙飞船可以被认为是一个均匀的圆盘。
火箭是可以计算的
所以总转动惯量
我们还可以计算火箭的角加速度
由于航天器从静止开始,初始角速度为.
最终的角速度需要转换成弧度/秒。
我们还需要将4分钟转换为秒
因此,火箭施加的总扭矩为
每个火箭都贡献扭矩。为了确定一个火箭的扭矩我们要除以4
我们现在可以通过这个方程来确定一枚火箭所施加的力
我们可以把它近似为
例子问题417:运动和力学
旋转木马的质量是和半径.需要多少净功才能使它从静止加速到某个速率革命每秒?假设它是一个实心圆柱体。
我们知道,功-动能定理说明所做的功等于动能的变化量。从转动角度来看,这意味着
在这种情况下,初始角速度是.
我们可以把最终角速度转换成弧度/秒。
我们还可以计算旋转木马的转动惯量,假设它是一个均匀的实心圆盘。
我们可以把它代入我们的功方程。
例子问题418:运动和力学
汽车发动机从…减速来在.计算它的角加速度。
我们要做的第一件事是将速度转换为弧度,再转换为每秒。
我们现在可以通过方程求出角加速度
例子问题419:运动和力学
a的角动量是多少在细绳末端绕半径旋转的球以…的角速度?
角动量的方程等于转动惯量乘以角速度。
物体的转动惯量等于物体的质量乘以半径的平方。
我们可以把它代入角动量方程。
现在我们可以代入我们的值。
例子问题411:运动和力学
一名滑冰运动员在表演快速旋转时,将伸开的双臂紧靠身体。关于旋转轴的角动量发生了什么变化?
它增加
它减少
它在变化,但无法分辨方向
它不会改变
它不会改变
根据动量守恒定律,系统的动量不变。因此,在这个例子中,滑冰运动员的角动量是恒定的。当她收拢手臂时,她的转动惯量在减小,这使得角速度增加
例子问题1:旋转的角动量
几个物体从静止开始滚动,垂直高度为H。这些物品是电池(实心圆柱体)、无摩擦盒子、结婚戒指(箍)、空汤罐和大理石(实心球体)。他们是按什么顺序到达斜坡底部的?
采购产品空汤罐,婚礼戒指,大理石,电池,盒子
盒子,大理石,电池,空汤罐,结婚戒指
结婚戒指,空汤罐,电池,大理石,盒子
结婚戒指,盒子,空汤罐,大理石,电池
大理石,空汤罐,电池,盒子,结婚戒指
盒子,大理石,电池,空汤罐,结婚戒指
我们可以用能量守恒来比较在山头时的重力势能和山底的转动和动能。
盒子是最快的,因为所有的重力势能都会转化为平动能。
圆形物体将分享平动和转动动能之间的重力势能。
转动惯量等于一个数值因子(乘以质量和半径的平方。因为每一项的质量都是一样的,所以速度并不取决于.
另外,我们可以用这个方程把角速度代替平动速度
半径消掉了,剩下
因此,速度完全取决于数值因子()的转动惯量和释放时的高度。由于所有这些物体都是从相同的高度释放的,我们可以检查每个物体的转动惯量,以确定哪个物体会更快。
箍(婚戒)=
空心圆筒(空罐)=
实心汽缸(电池)=
实心球体(大理石)=
由此可知,由于数值因子最小,所以弹珠到达底部的速度最快。接下来是电池、空罐子和结婚戒指。
例子问题1:旋转的角动量
陶匠的制陶轮绕着垂直轴通过其中心以频率旋转.车轮可以被认为是一个质量均匀的圆盘和直径.然后陶工扔了一个一大块黏土,形状近似为半径的扁平圆盘,放在轮子的中心。粘土粘在轮子上后,轮子的角速度是多少?
我们可以用角动量守恒来解决这个问题。角动量守恒定律规定,碰撞前的动量必须等于碰撞后的动量。用这个方程计算角动量
在碰撞之前,我们只有陶工的轮子在转动。
我们知道车轮的转动惯量可以看作是一个均匀的圆盘。
我们可以把轮子的速度换算成rad/s
我们现在可以计算碰撞前的动量。
现在是时候分析碰撞后的动量了。这时,我们加入了一块粘土,它现在以与陶器相同的角速度运动。
我们知道黏土的转动惯量可以看作是一个均匀的圆盘。
我们知道开始的角动量等于结束的角动量。
现在我们可以求出角速度
例子问题81:圆周运动
求a的转动惯量球的半径当旋转轴穿过它的中心时。
车轮可以看作是一个均匀的圆盘。然后我们可以求出一个实心圆柱的转动惯量的方程。方程是
现在我们可以求出转动惯量了。
问题83:圆周运动
两个球体的半径相同,质量相等。一个球体是实心的,另一个是空心的,由密度更大的材料制成。哪一个绕着穿过中心的轴的转动惯量更大?
两个相同的
正确的答案
空心的
坚实的一
空心的
由于两个球的半径和质量相同,我们需要研究实心球和空心球的转动惯量方程。
一个坚实的球体
一个中空的球体
如果它们的质量和半径相同,唯一的区别就是被乘上的常数
在这种情况下,空心球有更大的常数,因此会有更大的转动惯量。
这在概念上也说得通,因为所有的质量都分布在球的外面,这意味着它都有更大的半径。实心球体的质量既接近中心又远离中心,这意味着它的转动惯量减小。