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[Risolto] Asta rigida urta contro sfera

  

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Un'asta rigida e omogenea di massa $\mathrm{m}=2 \mathrm{Kg}$, lunghezza $\mathrm{l}=60 \mathrm{~cm}$ e sezione trascurabile, è vincolata a ruotare intorno ad un asse orizzontale fisso, passante per il punto $O$ che dista $d=1 / 3$, da un suo estremo. Gli attriti sono trascurabili. L'asta inizialmente in quiete in posizione orizzontale, viene lasciata libera di ruotare sotto l'azione della forza peso. Quando raggiunge la posizione verticale urta con l'estremo inferiore una piccola sfera (in quiete e non soggetta a vincoli, e libera di muoversi, come mostrato in Figura), di massa $m_1=0.1 \mathrm{Kg}$, che rimane attaccata all'asta. Determinare:
a. il modulo della velocità angolare $\omega_1$ dell'asta immediatamente prima dell'urto;
b. il modulo della velocità angolare dell'asta $\omega_2$ immediatamente dopo l'urto;
c. I'angolo massimo $\theta_{\max }$ di cui ruota l'asta dopo l'urto, prima di invertire il verso del moto;
d. il periodo delle piccole oscillazioni del pendolo senza la sfera.

Mi servirebbe una mano con gli ultimi 2 punti del problema gentilmente, vi ringrazio.

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Applichi la conservazione dell'energia meccanica anche per determinare l'angolo massimo (in cui abbiamo solo energia potenziale gravitazionale) come fatto al punto 1) per determinare la velocità ante urto. 

Il momento d'inerzia della sbarra rispetto al polo $\mathrm{O}$ è:
$$
10=\lg +m d^2
$$
dove, come hai scritto,
$$
\mathrm{lg}=\mathrm{m} \mathrm{L}^2 / 12
$$
ma
$$
d=O G=L \cdot(1 / 2-1 / 3)=L / 6
$$
Quindi
$$
\text { lo }=\mathrm{mL}^2 / 9 \text {. }
$$
La conservazione dell'energia, immediatamente prima dell'urto, si traduce in:
$\mathrm{mg} \mathrm{d}=\mathrm{m} \mathrm{L}^2 \omega^2 / 18$
da cui, salvo sviste,
$$
\omega=\operatorname{radice}(3 \mathrm{~g} / \mathrm{L})
$$
Nell'urto totalmente anelastico si conserva il momento angolare rispetto al polo $\mathrm{O}$.
Quindi
$$
10 \omega=\left(10+\mathrm{ML}^2 / 9\right) \omega f
$$
Infine per la conservazione dell'energia dopo l'urto, si ha:
$$
(1 / 2)\left(10+M L^2 / 9\right) \omega f^2=g \cdot(M L / 3+m d)(1-\cos \theta)
$$
Per l'ultimo punto, il periodo $T$ delle piccole oscillazioni dell'asta è:
$$
\mathrm{T}=2 \pi \cdot \mathrm{radice}(\mathrm{lo} / \mathrm{mgd})
$$

 

@stefanopescetto

  • Allora ti ringrazio, il quarto punto va bene, ma il terzo vedendo la risoluzione e l'applicazione non riesco a capire l'applicazione della conservazione dell'energia, cioè capisco che l'energia meccanica dopo l'urto (energia rotazionale) è uguale all'energia meccanica all'angolo max (h') raggiunto dall'asta (energia potenziale gravitazionale), quello che non capisco è proprio l'equazione scritta più che altro il secondo membro.

A primo membro energia cinetica rotazionale 

A secondo membro energia potenziale gravitazionale 

Mg(L/3)*(1-cos teta) è il contributo dell'asta calcolato rispetto a dove è vincolata

mgd(1 - cos teta) è il contributo della sfera attaccata. 

Facendo la somma... 

👍👍



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SOS Matematica

4.6
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