background image

1

14. Zasady zachowania dla punktu i układu 

punktów materialnych:

pędu, krętu, energii, zasada d’Alemberta.

x

z

y

O

m

υ

υ

υ

υ

υ

r

r

m

p

=

pę(ilość ruchu) punktu materialnego

F

(

)

F

dt

m

d

r

r

=

υ

pochodna względem czasu pędu 
równa jest sile działaj
ącej na 
dany punkt

(

)

=

2

1

1

2

t

t

dt

F

m

r

v

v

υ

υ

przyrost pędu  równy jest 
impulsowi (pop
ędowi) siły  
działaj
ącej na ten punkt

Jeśli na punkt materialny nie działa żadna siła (lub działają siły 
równowa
żące się) to jego pęd pozostaje stały.

x

z

y

O

m

υ

υ

υ

υ

r

υ

r

r

r

m

r

K

O

×

=

krę(moment pędu) punktu materialnego

F

(

)

O

O

M

F

r

dt

m

d

r

m

dt

r

d

dt

K

d

r

r

r

r

r

r

r

r

=

×

=

×

+

×

=

υ

υ

pochodna  względem  czasu  krętu  K

O

punktu 

materialnego względem nieruchomego biegu-
na  
równa  jest  momentowi  M

O

względem 

tegoż bieguna siły zewnętrznej działającej 
na dany punkt

Jeżeli moment względem wybranego nieruchomego 
bieguna  
wypadkowej  sił  działających  na  punkt 
materialny  równy  jest  zeru,  wówczas  kr
ęt  punktu 
wyznaczony wzgl
ędem tegoż bieguna jest stały

K

O

=const

background image

2

2

2

υ

m

E

k

=

energia kinetyczna

Przyrost energii kinetycznej punktu materialnego w skończonym 
przedziale czasu równy jest sumie prac, które wykonały w tym 
samym czasie wszystkie siły działające na ten punkt

( )

( )

2

,

1

1

2

W

E

E

E

k

k

k

=

=

W zachowawczym (potencjalnym) polu sił praca sił pola

równa jest różnicy energii potencjalnych

( )

( )

2

1

2

,

1

p

p

E

E

W

=

Gdy punkt materialny porusza się w 
zachowawczym polu sił, suma jego 
energii kinetycznej i potencjalnej, 
zwana energią mechaniczną, jest stała.

( )

( )

( )

( )

( )

( )

2

1

2

2

1

1

m

m

p

k

p

k

E

E

E

E

E

E

=

+

=

+

Jeśli na punkt działają siły niezachowawcze (niepotencjalne) to 
przyrost energii mechanicznej punktu równy jest pracy tych sił

( )

( )

W

E

E

m

m

=

1

2

background image

3

Układ punktów materialnych

x

z

y

O

m

1

υ

υ

υ

υ

1

F

1

m

i

F

i

υ

υ

υ

υ

i

F

n

υ

υ

υ

υ

n

m

n

i

n

i

i

m

p

υ

r

r

=

=

1

pęd układu punktów materialnych

=

=

n

i

i

F

dt

p

d

1

r

r

pochodna względem czasu pędu 
układu punktów materialnych 
równa jest sumie wszystkich sił 
zewn
ętrznych działających na 
punkty tego układu

ZASADA ZACHOWANIA PĘDU

Jeśli na układ punktów materialnych nie działają siły 

zewnętrzne, to pęd układu pozostaje stały.

x

z

y

O

m

1

υ

υ

υ

υ

1

r

1

F

1

m

i

r

i

F

i

υ

υ

υ

υ

i

r

n

F

n

υ

υ

υ

υ

n

m

n

i

n

i

i

i

O

m

r

K

υ

r

r

r

=

×

=

1

kręt układu punktów materialnych

=

×

=

n

i

i

i

O

F

r

dt

K

d

1

r

r

r

pochodna względem czasu 
kr
ętu układu punktów 
materialnych wzgl
ędem 
dowolnego nieruchomego 
bieguna równa jest sumie  
momentów wszystkich sił 
zewn
ętrznych względem 
tego
ż bieguna

ZASADA ZACHOWANIA KRĘTU

Jeżeli momenty wszystkich sił zewnętrznych układu punktów 

materialnych względem nieruchomego bieguna są równe zeru, 

to kręt układu względem tego bieguna pozostaje stały.

background image

4

Zadanie 1/14

Człowiek o masie siedzi na wózku o masie M

1

poruszającym się z prędkością 

υ

1

. W 

pewnej chwili przeskakuje na wózek o masie M

2

poruszający się z prędkością

υ

odbijając 

się z prędkością υ względem pierwszego wózka. Obliczyć prędkości wózków po 
przeskoczeniu człowieka. Opory toczenia się wózków pominąć.

υ

1

υ

2

M

1

M

2

m

Zadanie 2/14

Klocek o masie ustawiono na równi 
nachylonej pod kątem α i pchnięto  z 
wysokości z prędkością υ

0

. Jaką

odległość l  przebędzie klocek po 
poziomym odcinku toru do chwili 
zatrzymania się, jeśli współczynnik 
tarcia o podłoże wynosi µ?.

m

h

l

α

Zadanie 3/14

W górę równi nachylonej pod kątem α pchnięto klocek z prędkością początkową υ

0

. Jaką

drogę przebędzie on do chwili zatrzymania się i z jaką prędkością powróci do miejsca, z 
którego został wypchnięty, jeśli współczynnik tarcia o równię wynosi µ? Przeprowadzić
dyskusję rozwiązania.

Zadanie 4/14

Klocek o masie zsuwa się bez prędkości 
początkowej wzdłuż równi nachylonej pod 
kątem  α przebywając drogę do chwili 
uderzenia w sprężynę o sztywności k. Jaką
drogę l

1

przebędzie klocek po odbiciu się

od sprężyny, jeśli współczynnik tarcia o 
równię wynosi µ? Masę sprężyny pominąć. 
Przeprowadzić dyskusję wyniku.

m

l

l

1

k

α

background image

5

Zadanie 5/14

Z wierzchołka gładkiej półkuli o promieniu zsuwa 
się z pomijalnie małą prędkością początkową punkt 
materialny o masie m. Znaleźć kąt 

α

0

określający 

położenie punktu, w którym oderwie się on od 
powierzchni półkuli.

r

m

α

0

A

Zadanie 6/14

Ciężar o masie może ślizgać się po pionowym pręcie AB, którego 
sztywność na rozciąganie równa jest k

1

.Koniec pręta opiera się o 

ś

rubową sprężynę o sztywności k

2

. Obliczyć największe wydłużenie 

pręta przy spadku ciężaru  z wysokości bez prędkości 
początkowej. Masę pręta i sprężyny pominąć.

A

B

m

H

k

1

k

2

Zadanie 7/14

Na końcu nie odkształconej nici o sztywności c, która może przenieść 
maksymalną siłę Q, zaczepiono ciężar o masie i puszczono bez 
prędkości początkowej. Jaka jest minimalna wartość m, przy której 
nić zerwie się i jaka będzie prędkość ciężaru w chwili zerwania nici?

Zadanie 8/14

Skoczek o masie odbija się od ławki z 
prędkością υ

0

i   zjeżdża ze skoczni o 

wysokości h. Obliczyć reakcję podłoża na 
narty w punkcie jeśli promień krzywizny 
toru w tym miejscu wynosi ρ. Tarcie i opór 
powietrza pominąć.

h

A

υ

0

ρ

Zadanie 9/14

W celu pomiaru prędkości υ pocisku 
karabinowego o masie oddano strzał w 
tzw. wahadło balistyczne, które odchyliło 
się od pionu o kąt α Obliczyć prędkość
pocisku, jeśli wiadomo, że masa wahadła 
równa jest M, zaś jego długość wynosi l.

α

l

M

m

υ

background image

6

Zadanie 10/14

Sprężynę o sztywności i długości swobodnej 
l

zamocowano w punkcie i połączono z 

tuleją mogącą ślizgać się bez tarcia po 
poziomej prowadnicy. Tuleję wychylono do 
punktu i puszczono bez prędkości 
początkowej. Jaka będzie jej prędkość υ

D

przy 

przejściu przez punkt D? Dany jest wymiar a
oraz masa tulei równa m.

l

a

B

m

C

D

A

k

Zadanie 11/14

Z jakiej wysokości należy puścić bez 

prędkości początkowej punkt materialny, 
aby:

a)

nie oderwał się od toru w najwyższym 
punkcie pętli o promieniu r,

b)

oderwał się od pętli i przeszedł dokładnie 
przez jej środek O.

Opory ruchu pominąć.

r

h

O

Zadanie 12/14

Punkt materialny o masie m

1

przywiązany do 

nierozciągliwej, nieważkiej nici porusza się po 
okręgu w płaszczyźnie poziomej. W pewnej 
chwili punkt ten zderza się i skleja  z punktem 
o masie m

2

, który przed zderzeniem był 

nieruchomy. Obliczyć, w jakim stosunku 
zmieniło się napięcie nici.

m

1

m

1

m

2

S

1

S

2

υ

1

υ

2

r

Zadanie 13/14

Kulka o masie przywiązana do 
nierozciągliwej nici porusza się po 
gładkiej, poziomej płaszczyźnie. Drugi 
koniec nici wciągany jest do otworu w 
płaszczyźnie ze stałą prędkością u
Wyznaczyć równanie ruchu kulki ϕ(t
jeżeli w chwili początkowej odległość
kulki od otworu równa była R, zaś rzut jej 
prędkości na kierunek transwersalny υ

0

R

υ

0

u

u

ϕ(t)

m

x

y