background image

ZADANIE 1
Koło pojazdu o promieniu r=0,2 [m] poruszają się bez poślizgu po poziomym 
moście o ω=16 [rad/s] pomost porusza się z prędkością V=ω·r. Oblicz prędkość 
całkowitą punktu B koła i przyśpieszenie punktu A stycznego koła z pomostem.

V

V

A

=

Prędkość dowolnego punktu koła:

V

V

i

bysmy

odejmowali

to

strone

przeciwna

w

krecilo

sie

by

koło

Jeżeże

V

V

r

V

ponieważ

V

r

r

AB

V

V

V

r

r

AB

AB

AB

AB

V

V

B

B

A

B

B

A

B

=

=

=

=

+

=

×

+

=

=

=

=

=

×

×

+

=

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

3

:

3

2

|

|

|

|

2

2

sin

2

)

,

sin(

|

|

|

|

|

|

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

π

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

Przyśpieszenie dowolnego punktu koła np. A 

SA

SA

a

a

S

A

×

+

=

2

ϖ

ε

Ponieważ V

S

= const to a

S

=0 [m/s

2

]

Ponieważ ω= const to ε=0 [rad/s

2

]

r

SA

a

a

SA

a

A

A

A

2

2

2

|

|

|

|

ϖ

ϖ

ϖ

=

=

=

=

background image

ZADANIE 2 
O jaki kąt φ trzeba odchylić od równowagi wahadlo matematyczne o długości 2l 
i masie kulki m aby naciąg nieważkiej nici przy przejściu wahadła przez dane 
położenie był dwukrotnie większy od ciężaru kulki.

mg

l

m

r

mg

r

mg

r

+

=

=

=

2

'

2

'

cos

2

ϖ

ϕ

                                                                        

l

r

V

m

F

l

m

F

r

V

r

V

od

od

2

)

(

2

2

2

=

=

=

=

ϖ

ϖ

ϖ

3

2

1

cos

cos

1

2

1

2

)

cos

1

(

)

cos

1

(

2

2

2

2

2

)

cos

1

(

2

cos

2

2

2

2

2

π

α

α

α

α

α

α

α

=

= >

=

=

=

=

=

+

=

=

=

l

l

mgh

mg

V

ghl

mV

mgh

l

mV

mg

mg

l

l

l

h

background image

ZADANIE 3
Punkt materialny porusza się w płaszczyźnie XY z przyśpieszeniem

]

,

[

y

x

a

a

a

=

 

gdzie a

x

=-sint, a

Y

=-2cost. Wyznacz położenie i prędkość punktu w chwili t

1

=Π/2 

[s], w chwili t=0.

background image

ZADANIE 4 
Do suwaka o masie m=5[kg] znajdującego się na chropowatej prowadnicy 
poziomej przyłożono w chwili t=0 siłę F=20[N] działającą poziomo. W jakiej 
odległości s od płożenia początkowego zatrzyma się suwak jeśli podczas 
działania siły T=3[s]. Współczynnik tarcia μ=0,3, w chwili początkowej 
prędkość suwakaV

0|t0

=0

I FAZA

Z zasady zachowania Pędu

 

m

T

mg

F

V

T

mg

F

mV

T

T

F

m

mV

t

F

p

p

x

x

x

)

(

)

(

)

(

0

)

(

)

0

(

)

1

(

µ

µ

=

=

=

Σ

=

Z Zasady zachowania energii kinetycznej

)

(

2

2

)

(

2

1

)

(

0

2

1

2

2

1

1

2

1

2

mg

F

mV

mg

F

mV

s

s

mg

F

mV

s

mg

F

mV

µ

µ

µ

µ

=

=

=

=

II FAZA

Z zasady zachowania energii kinetycznej

g

V

s

s

g

V

s

mg

mV

µ

µ

µ

=

=

=

2

2

1

2

0

2

2

2

2

2

2

S=s1+s2

background image

ZADANIE 5
Koła pojazdu szynowego traktowane jak tarcza kołowa  jednorodna ma promień 
R i masę m, toczy się bez poślizgu po torze o kącie nachylenia α, współczynnik 
tarcia między kołami a torem wynosi μ. Jaki warunek musi spełnić siła 
pociągowa F przyczepiona w środku aby koło toczyło się bez poślizgu.

Z równań ruchu płaskiego

(1) 

α

µ

α

cos

sin

..

..

mg

mg

F

x

m

T

Qx

F

x

m

s

s

+

=

+

=

              

R

a

R

a

a

x

=

=

=

ε

ε

..

(2)

α

µ

ε

α

µ

ε

α

µ

ε

α

µ

ε

ε

cos

2

cos

2

1

cos

2

1

cos

2

g

R

g

R

mg

R

mR

mg

R

Is

T

R

Is

=

=

=

=

=

                

α

µ

ε

cos

2

..

..

g

x

R

x

s

s

=

=

   

α

α

µ

α

µ

α

α

µ

sin

cos

3

cos

sin

cos

2

mg

mg

F

mg

mg

F

mg

=

+

=

background image

ZADANIE 6
Przebieg prędkości pociągu w funkcji czasu między stacjami AB przedstawia 
wykres. Wyznacz odległość s[m] między tymi stacjami jeśli t1=2[min]; 
t2=12[min]; t3=15[min]; V=72[km/h]

s- całkowita odległość między stacjami
s=s1+S2+s3

s1- droga od czasu 0 do czasu t1
s1=1/2·V·t1

s2- droga od czasu t1 do t2
s2=V(t2-t1)

s3- droga od czasu t2do t3
s3=1/2·V·(t3-t2)

dodajemy wszystkie czasy

background image

ZADANIE 7
Koło pasowe o ciężarze Q=100[N] i promieniu r=0,12 [m] jest obsadzone na 
łożyskach osi AM i obraca się z częstotliwością=50Π[Hz]. Geometryczna oś 
obrotu jest przesunięta względem osi symetrii koła o e=1[mm] obliczyć reakcję 
łożysk.

R

A

, R

B

 – szukane reakcje

F- siła odśrodkowa 

e

g

Q

e

m

F

2

2

ϖ

ϖ

=

=

Warunki równowagi

0

3

)

2

0

)

1

=

=

Σ

=

+

=

Σ

h

R

h

F

M

R

F

R

Fy

M

A

M

A

Z 2) równania otrzymujemy

g

e

Q

F

R

F

R

g

e

Q

F

R

M

A

M

3

2

3

2

3

3

1

2

2

ϖ

ϖ

=

=

=

=

=

             

]

/

[

96

,

986

50

2

2

s

rad

f

=

Π

Π

=

Π

=

ϖ

ϖ

ϖ

WYLICZAMY RA i RM

background image

ZADANIE 7
Pociąg   mający   prędkość   początkową   V

o

  =   54[km/h],   przejechał   drogę   s

1

  = 

600[m]   w   ciągu   czasu   t

1

  =   30[s].   Zakładając   stałe   przyspieszenie   styczne 

pociągu, obliczyć jego prędkość i przyspieszenie całkowite w końcu trzydziestej 
sekundy, jeżeli ruch odbywał się po łuku o promieniu R=1[km].

R

o

V

1

V

R

s

1

V

a

t

a

n

a

.

.

a

t

 

 przyspieszenie styczne,

a

n

 

 przyspieszenie normalne,

a

 przyspieszenie całkowite.

C

t

a

V

  

  

C

dt

a

dV

C

dt

a

dV

  

dt  

a

dV

  

  

dt

dV

a

t

t

t

t

t

+

=

+

=

+

=

=

=

  

 stała zależna od warunku początkowego,

0

t

V

=

= V

o

 → C = V

o

 → V = a

t

t + V

o

  (1)

+

+

=

+

+

=

+

=

=

=

1

o

t

1

o

t

1

C

dt

V

tdt

a

s

  

C

)dt

V

t

(a

ds

 

C

Vdt

ds

Vdt

ds

dt

ds

V

 

C

1

 

 stała zależna od warunku początkowego,

1

o

2

t

C

t

V

t

a

2

1

s

  

+

+

=

 →  

0

t

s

=

0  →  C

1

 = 0  → 

t

V

t

a

2

1

s

  

o

2

t

+

=

Z   ostatniego   równania   wyliczamy   a

t

:   →  

1

t

t

s

=

=   s

1

  →

1

o

2

1

t

1

t

V

t

a

2

1

s

  

+

=

  → 

2

1

1

o

1

t

t

)

t

V

2(s

a

=

Podstawiając dane liczbowe (V

o

 = 15 [m/s]) otrzymujemy: 

]

[m/s

 

3

1

a

2

t

=

Liczymy V w chwili t

1

 ze wzoru (1): 

[m/s]

 

25

15

30

3

1

V

1

t

t

=

+

=

=

a

n

 w chwili t

1

 liczymy ze wzoru: 

 

8

5

R

V

a

1

1

t

t

2

t

t

n

=

=

=

=

[m/s

2

]

całkowite przyspieszenie w chwili t

1

24

17

a

a

a

2
n

2
t

=

+

=

[m/s

2

].

background image

ZADANIE 8
Punkt materialny porusza się po płaszczyźnie Oxy zgodnie z równaniami: 

)

sin(

)

(

cos

),

sin(

2

t

t

y

t

x

Π

Π

=

Π

=

Wyznacz tor punktu orazjego przyśpieszenie dla t1=3/2 [s]

)

sin(

)

(

cos

2

)

(

sin

2

)

cos(

)

sin(

)

cos(

2

)

sin(

),

cos(

_

1

)

(

)

sin(

)

(

sin

1

2

2

2

2

2

2

2

2

t

t

t

y

t

t

t

y

t

x

t

x

RUCHU

TOR

x

x

x

y

t

t

y

Π

Π

+

Π

Π

Π

Π

=

Π

Π

Π

Π

Π

=

Π

Π

=

Π

Π

=

+

=

Π

Π

=

Podstawiamy za t => t1=3/2 i otrzymujemy 

2

1

2

3

cos

;

0

2

3

sin

=

Π

=

Π

 stąd:

2

1

2

1

..

2

1

..

2

Π

=

Π

=

Π

=

a

y

x

ZADANIE 9
Ładunek o masie m=2[kg] znajdujący się na poziomej platformie porusza się 
pod wpływem poziomej siły F(t)=2t [N]. Oblicz drogę jaką pokonał ładunek 
ciała zatrzymanego w ciągu t1=3 [s]. Tarcie pomijamy

 

 

]

[

36

6

6

|

;

6

0

;

6

0

;

2

2

2

)

(

3

1

1

1

3

2

2

1

3

1

1

2

m

s

s

x

t

x

c

c

t

c

t

x

c

c

t

V

tdt

dV

t

V

t

F

V

m

t

t

=

=

=

=

=

+

+

=

=

+

=

=

=

=

=

ZADANIE 10

background image

Wirnik obraca się ze  stałą prędkością kątową ω

0

 . Jego moment bezwładności 

względem osi obrotu wynosi J. Po wyłączeniu prądu prędkość kątowa winrnika 
spada na skutek momentu oporów ruchu M=h/(b+t) gdzie h,b – stałe, t – czas. 
Po jakim czasie prędkość kątowa wirnika spadnie dwukrotnie?

b

h

J

c

c

t

b

h

J

t

t

b

h

J

t

M

J

ln

;

)

ln(

0

;

)

(

0

1

1

+

=

+

+

=

+

=

=

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

0

1

0

2

1

|

)

ln(

ln

)

(

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

=

+

=

=

t

t

t

b

h

b

h

J

)

1

(

)

ln(

ln

2

1

2

/

0

1

1

0

=

+

=

h

J

e

b

t

t

b

h

b

h

J

ϖ

ϖ

ZADANIE 11
Wahadło matematyczne o długości 2l i masie kulki m znajduje się w środku 
równowagi. Jaką prędkość początkową należy nadać kulce aby naciąg linki przy 
przejściu przez górne położenie wahadła był równy zero?

Z zasady zachowania energii mechanicznej:

)

1

(

2

2

2

2

2

2

0

mV

mgl

mV

mgl

+

=

+

W położeniu górnym:

mg

Q

gdzie

Q

N

l

mV

=

+

=

:

2

2

Ma być N=0

:

)

1

(

)

2

(

)

2

(

2

2

>

=

mgl

mV

po podstawieniu otrzymujemy:

gl

V

10

0

=

ZADANIE 12

background image

Łódź ze stojącym na niej człowiekiem ma prędkośćV

0

. Pomijając opór wody 

znaleźć prędkość łodzi V  i jej równanie ruchu s=s(t), jeśli człowiek porusza się 
do przodu względem łodzi ze stałą prędkością U. Dla jakiej wartości prędkości 
V

0

 łódź nie będzie się przemieszczać.

m- masa człowieka 
M – masa łodzi

Pęd początkowy p

1

=(m+M)V

0

Pęd końcowy p

2

=MV+m(U+V)

Z zasady zachowania pędu wynika równanie:
(m+M)V

0

=MV+m(U+V)

(m+M)V

0

=MV+mU+MV

(M+m)V=(m+M)V

0

-mU

Wyliczamy i otrzymujemy: V=

m

M

mU

V

M

m

+

+

0

)

(

- prędkość łodzi

m

V

m

M

U

mU

V

m

M

V

0

0

)

(

)

(

0

+

=

=

+

=

-przy takiej prędkości łódź w spoczynku

Równanie ruchu: s(t)=Vt =

t

m

M

mU

V

M

m

+

+

0

)

(

ZADANIE 14
Jednorodny walec o masie m = 30[kg] i promieniu r = 0,1[m] został ze stanu 
spoczynku wprawiony w ruch obrotowy wokół swej nieruchomej osi symetrii 
uzyskując   prędkość   kątową  

ω

1

 =

   120[rad/s]   w   ciągu   t

1

  =   8[s].   Wiedząc,   że 

moment oporowy ruchu M

t

  = 0,2[Nm], oblicz moment napędowy zakładając 

jego stałą wartość.

Dynamiczne równanie ruchu: 

t

n

M

M

ε

I

=

gdzie:

I

 moment bezwładności walca 

względem osi obrotu

ε

 przyspieszenie kątowe

M

n

 

 szukany moment napędowy

2

r

m

I

2

=

dt

ε

=

 → 

t

n

2

M

M

dt

2

r

m

=

 → 

dt

r

m

)

M

M

2(

2

t

n

=

całkujemy obustronnie ostatnie równanie: 

+

=

C

dt

r

m

)

M

M

2(

2

t

n

C

t

r

m

)

M

M

2(

ω

2

t

n

+

=

0

ω

 

0

t

=

=

 → C = 0 → 

t

r

m

)

M

M

2(

ω

2

t

n

=

z treści zad:

1

t

t

ω

ω

 

1

=

=

 →  

1

2

t

n

1

t

r

m

)

M

M

2(

ω

=

 stąd: 

1

2

1

t

n

2t

mr

ω

M

M

+

=

= 2,45 [Nm].

background image

ZADANIE 15
Tarcza koła pasowego obraca się wokół swej nieruchomej osi symetrii tak że jej 
opóźnienie kątowe ε jest proporcjonalne do jej prędkości kątowej ω: ε=-hω, 
Gdzie h jest stałe. Prędkość początkowa tarczy wynosiła ω

0

[rad/s]. 

Wyprowadzić równania ω=ω(t) i ω=ω(φ). Oraz narysować wykres ω=ω(φ)

1) 

hb

e

t

C

ht

dt

h

d

h

=

+

=

=

=

0

1

)

(

ln

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

2) 

ϕ

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

ϕ

ϖ

ϖ

ϕ

ϖ

ϖ

ϕ

ϕ

ϖ

ϖ

ϕ

h

C

h

h

d

d

dt

d

d

d

=

=

+

=

=

=

=

0

0

0

2

|

3) 

ZADANIE 16
Lokomotywa ciągnie wagon w górę równi o nachyleniu α=0,02[rad]. Między 
lokomotywę a wagon wstawiono dynamometr. W ciągu czasu t

1

120 [s] 

dynamometr wskazywał średnio siłę F=10 [kN]. W tym czasie pociąg ze stanu 
spoczynku nabrał prędkość V

1

=72 [km/h]. Współczynnik tarcia wagon-tor 

μ=0,02. Obliczyć ciężar wagonu.

Z zasady zachowania pędu:

]

[

5

,

175

)

(

)

cos

sin

(

)

cos

sin

(

1

1

1

1

1

1

kN

gt

V

F

gt

V

F

Q

t

Q

Q

F

V

g

Q

=

+

+

=

+

+

=

=

µ

α

α

µ

α

α

µ

α

ZADANIE 17

background image

Obliczyć przesunięcie platformy o ciężarze podstawy P

1

=100 [kN], 

spoczywającej na stojącej wodzie. Jeśli wysięgnik platformy o ciężarze 
p

2

=20[kN] z pozycji pionowej obróci się w prawo o kąt α=30

o

. Wysięgnik 

potraktować jako jednorodną prostą belkę. Długość wysięgnikaO

1

A=2l=6[m]. 

Opory ruchu pomijamy.

Z zasady ruchu środka masy układu:

]

[

25

,

0

)

(

sin

)

sin

(

)

(

2

1

2

2

1

2

1

m

P

P

l

P

u

l

u

b

g

P

u

b

g

P

b

g

P

b

g

P

+

=

+

+

=

+

α

α

ZADANIE 18
Pręt prosty AB=b=1[m]ślizga się ruchem płaskim, po osiach układu Oxy. W 
chwili gdy tworzy on z osią Ox kąt α=60

o

, prędkość jego końca wynosi 

V

A

=2[m/s]. Wyznacz dla tego położenia chwilowy środek obrotu, prędkość 

kątową i prędkość pręta.

]

/

[

3

3

2

]

/

[

3

3

4

sin

s

m

ctg

V

V

s

rad

b

V

AC

V

A

B

A

A

=

=

=

=

=

α

α

ϖ

ZADANIE 19

background image

Przez zamocowany obrotowo krążek oo promieniu r, przełożono nierozciągliwą 
linkę. Na końcach tej linki zawieszono kuli o masach m

i m

2

 (m

1>

m

2

) tak, że ich 

środki znajdują się na tej samej wysokości i zablokowano ruch. Jaką prędkość 
odzyskają kulki po odblokowaniu ruchu, jeżeli kulka o masie m

obniży się o 

wielkość h? jaka będzie wtedy prędkość kątowa krążka? Zakładamy, żę między 
krążkiem a linką brak jest poślizgu a linka krążek są nieważkie.

)

(

)

(

2

1

)

(

)

(

2

)

(

)

(

2

0

2

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

2

2

1

2

1

1

2

2

2

2

1

2

1

m

m

m

m

gh

r

r

V

m

m

m

m

gh

V

V

m

m

m

m

gh

g

m

h

g

m

V

m

V

m

gh

m

gh

m

+

=

=

+

=

+

=

+

+

+

=

+

ϖ

ZADANIE 20
Oblicz jaki kąt α powinna tworzyć z poziomem płaszczyzna na której ma się 
toczyć bez poślizgu kula, jeżeli wiadomo, że współczynnik tarcia miedzy kulą a 
płaszczyzną wynosi μ=0,2

Q

=mg

T=μr

(1)

ma

= mgsinα - μmgcosα 

(2)

I

S

ε = μmgrcosα

(3)

a

= a

s

= εV

α

µ

cos

2

5

g

a

S

=

  do (1): 

o

arctg

tg

35

2

7

2

7

=

α

µ

α

µ

α

ZADANIE 21

background image

Ciężarek   o   masie  m  ze   stanu   spoczynku   spada   pionowo   z   wysokości   h   na 
nieważką sprężynę śrubową o stałej sztywności równej k. Wyznacz ugięcie 

λ

 tej 

sprężyny   zakładając,   że   ciężarek   po   zetknięciu   z   górnym   końcem   sprężyny 
przykleił się do niej. Opory ruchu pomijamy.

h

λ

k

poziom

odniesienia

Korzystamy z zasady zachowania energii. Energia kinetyczna ciężarka w chwili 
początkowej jak i końcowej jest równa zero. Przyjęto poziom odniesienia dla 
energii potencjalnej grawitacji jak pokazano na rysunku. Wobec tego całkowita 
energia (E

1

) w położeniu początkowym: E

1

 = mg(h + 

λ

)

całkowita   energia   (E

2

)   w   położeniu   końcowym   jest   energią   potencjalną 

sprężystości: 

2

λ

k

E

2

2

=

Z zasady zachowania energii wynika równanie: E

1

 = E

2

 → 

2

λ

k

λ)

h

mg(

2

=

+

Po przekształceniach otrzymujemy:  k

λ

2

 

 2mg

λ

 

 2mgh = 0

2hk)

4mg(mg

2mgh)

4k(

2mg)

(

Δ

2

+

=

=

2hk)

mg(mg

2

Δ

+

=

k

2hk)

mg(mg

mg

λ

+

+

=

 lub 

0

k

2hk)

mg(mg

mg

λ

<

+

=

 

 sprzeczne

czyli odpowiedzią jest: 

k

2hk)

mg(mg

mg

λ

+

+

=

 [m].

ZADANIE 22
Pociąg poruszający się po torze prostym z prędkością V

0

=72 [km/h] doznaje 

przy hamowaniu opóźnienia a=0,4[m/s

2

]. Wyznaczyć po jakim czasie t

1

[s] 

pociąg zatrzyma się i jaka będzie droga hamowania s

1

[m]

]

[

500

2

50

4

,

0

2

]

[

50

4

,

0

20

]

/

[

20

]

/

[

72

2

1

1

0

1

m

at

s

s

a

V

t

s

m

h

km

=

=

=

=

=

=

=

ZDANIE 23

background image

Do   ciała   o   masie  m,   które   może   poruszać   się   prostoliniowym   ruchem 
postępowym po chropowatej poziomej płaszczyźnie, przyłożona została siła  P 
tworząca kąt 

α

 z tą płaszczyzną. Wyznaczyć przyspieszenie, z którym zacznie 

poruszać się to ciało. Współczynnik tarcia między ciałem a płaszczyzną jest 
równy 

µ

.

F=Pcosα
N=Psinα
T=μG;     G=Q-N=mg-Psin α
T=μ(mg-Psin α)
P

w

=F-T = Pcosα- μ/(mg-Psin α)

P

w

=P(cos α + μsin α)-μmg

A=P

w

/m

ZADANIE 24
Prosty jednorodny pręt o długości l = 3,27 [m] osadzony jest swoim końcem O 
obrotowo   na   osi   i   może   wykonywać   ruchy   w   płaszczyźnie   pionowej, 
prostopadłej   do   tej   osi.   Jaką   prędkość   trzeba   nadać   końcowi  A,   aby   pręt   z 
położenia równowagi wykonał pół obrotu?

Korzystamy z zasady zachowania energii. 

Na poniższym rysunku zaznaczono poziom odniesienia dla energii 
potencjalnej (liczona jest względem środka masy)

Całkowita energia (E

1

) w położeniu początkowym: 

2

E

2

1

=

gdzie:

I

 

moment bezwładności pręta 

względem własnego końca
ω  

prędkość kątowa w chwili początkowej

3

m

I

2

l

=

l

V

ω

=

 → 

6

V

m

V

3

m

2

1

E

2

2

2

2

1

=

=

l

l

Całkowita energia (E

2

) w położeniu końcowym: 

2

mg

E

2

l

=

Z zasady zachow energii wynika równanie: E

1

 = E

2

 → 

2

mg

6

V

m

2

l

=

 → 

l

3g

V

=

Podstawiając dane liczbowe otrzymujemy: V = 9,81 [m/s].

ZADANIE 25

background image

Płytka wykonuje ruch zgodnie z równaniem x=bsin(ωt), gdzie amplituda, t-czas. 
Jaka musi być częstość ω, aby kulka spoczywająca na płutce oderwała się od 
niej?(odrywanie i podrzucanie do góry)

)

(

min

)

(

max

))

sin(

(

),

sin(

2

2

2

2

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

ϖ

b

g

m

N

b

g

m

N

t

b

g

m

N

N

Q

x

m

t

b

x

=

+

=

=

=

=

Moment oderwania się kulki: Nmin=0 ->

b

q

=

2

ϖ

Warunek oderwania i podrzucenia:

b

q

ϖ

ZDANIE 26
Na wał podnośnika o promieniu r i masie m1  nawinięto lekką nierozciągliwą 
linkę, na końcu której zamocowano ładunek o masie m2. Na wał działa moment 
napędowy M

0

 przez co ładunek jest podnoszony do góry. Oblicz przyśpieszenie 

kątowe ε wału i naciąg N linki

Równanie zmiany kąta względem osi obrotu

background image

)

(

;

)

2

(

2

)

2

1

(

2

2

2

2

2

2

2

1

2

2

2

2

2

1

)

2

(

R

g

m

N

R

a

g

m

N

a

m

R

m

m

m

M

gR

m

M

R

m

R

m

M

k

n

n

M

O

ε

ε

ε

ε

+

=

=

=

+

=

=

+

=

ZADANIE 27
Dwie kule, jedna o masie m

1

 = 200[g], a druga o masie m

2

 = 300[g] poruszają 

się do siebie wzdłuż prostej z prędkościami odpowiednio V

1

 = 0,5[m/s] i V

2

 = 

0,4[m/s] W pewnej chwili zderzyły się i następnie zaczęły poruszać się razem. 
Znaleźć ich wspólną prędkość oraz kierunek ruchu.

Pęd pierwszej kuli przed zderzeniem: p

1

 = m

1

V

1

 = 0,1 [kg

m/s]

Pęd drugiej kuli przed zderzeniem: p

2

 = m

2

V

2

 = 0,12 [kg

m/s]

Pęd drugiej kuli jest większy, wobec tego po zderzeniu kule będą poruszać się w 
tym kierunku, w którym poruszała się druga kula.
Pęd kul po zderzeniu: p = (m

1

 + m

2

)V

Z zasady zachowania pędu wynika równanie: p

2

 

 p

1

 = p 

 m

2

V

2

 

 m

1

V

1

 = (m

+ m

2

)V

Stąd: 

[m/s]

 

0,04

m

m

V

m

V

m

V

2

1

1

1

2

2

=

+

=

.

ZADNIE 28
Punkt materialny o masie m = 2[kg] porusza się zgodnie z równaniami
 x(t) = hcos

ω

t [m],

 y(t) = hsin

ω

t [m].

 Wyznacz: 
a) prędkość w chwili t

1

 = 

π

/

ω

b) przyspieszenie w chwili t

2

 = 2

π

/

ω

c) siłę działającą na ten punkt w chwili t

2

. Przyjąć do obliczeń: h = 0,05[m],

ω 

= 10[rad/s].

background image

a)

2

y

2

x

V

V

 

V

+

=

[m/s]

ωhsinωt 

dt

dx

V

x

=

=

[m/s]

ωhcosωt 

dt

dy

V

y

=

=

[m/s]

ωh 

ωt

cos

ωt

sin

ωh

t)

hcosω

ωhsinωt)

(

V

2

2

2

2

=

+

=

+

=

[m/s]

 

0,5

 

ωh 

V

1

t

t

=

=

=

b)

2
y

2
x

a

a

a

+

=

t

hcosω

ω

dt

dV

a

2

x

x

=

=

[m/s

2

] , 

t

hsinω

ω

dt

dV

a

2

y

y

=

=

[m/s

2

]

h

ω

ωt

sin

ωt

cos

h

ω

t)

hsinω

ω

(

t)

hcosω

ω

(

a

2

2

2

2

2

2

2

2

=

+

=

+

=

[m/s

2

]

5

 

ω

a

2

t

t

2

=

=

=

[m/s

2

]

b)

am

 

 

F

=

, F = ω

2

hm [N]

10

 

 

hm

ω

F

2

t

t

2

=

=

=

[N].

ZADANIE 29
Punkt  A  porusza się po krzywej płaskiej zgodnie z równaniem s = b(e

kt

 

  1), 

gdzie  s  w  [m],   b,  k  są  stałymi.   Kąt  między  całkowitym przyspieszeniem,  a 
prędkością   wynosi  

α

  =   60

o

.   Obliczyć   prędkość   i   całkowite   przyspieszenie 

punktu.

Prędkość punktu wyznaczamy ze wzoru:

kt

bke

dt

ds

V

=

=

[m/s]

Przyspieszenie styczne wynosi:

kt

2

t

e

bk

dt

dV

a

=

=

[m/s

2

]

Całkowite przyspieszenie jest równe:

kt

2

t

e

bk

2

cos60

a

a

=

=

[m/s

2

].

ZADANIE 30

Dla   układu   dwóch   mas  M  i   m   połączonych   nierozciągliwą   i   lekką   nicią   wyznaczyć   ich 
przyspieszenie oraz naciąg nici. Ciało o masie M spoczywa na chropowatej równi pochyłej o 
kącie nachylenia α, współczynnik tarcia o równię wynosi µ. Jaki warunek musi spełniać masa 
M, aby jej ruch w dół równi był możliwy?

Rozpatrujemy ruch masy M:
gdzie:

P

 

  siła ciężkości, P = Mg,  F

1

 = Psin

α

 = 

Mgsin

α

, F

2

 = Pcos

α

 = Mgcos

α

 

  siła naciągu linki

N    

  siła nacisku

T

 

  siła tarcia

background image

Dynamiczne równania ruchu w kierunku osi x i y 
(obranych jak na rysunku)
x: aM = F

1

 

 T 

 S

y: 0 = N 

 F

2

Uwzględniając, że: T = Nμ oraz podstawiając 
wartości F

1

 i F

2

 otrzymujemy:

aM = Mgsin

α

 

 Nμ 

 S, N = Mgcos

α

 → aM = 

Mgsin

α

 

 Mgμcos

α

 

 S (1)

Rozpatrujemy ruch masy m:
gdzie: Q 

 siła ciężkości, P = mg,  S 

 j.w.

Dynamiczne równanie ruchu:
am = S 

 Q → am = S 

 mg (2)          (1) + (2)=> 

aM + am = Mgsin

α

 

 Mg

µ

cos

α

 

 mg → 

m

M

mg

μcosα)

Mg(sinα

a

+

=

 a > 0, czyli: Mg(sin

α

 

 

µ

cos

α

 mg > 0  stąd otrzymujemy: 

μcosα

sinα

m

M

>

.