Однородный стержень длинной R= 0.1 м, скользит из состояния покоя I по гладкой цилиндрической поверхности. Найти скорость центра масс, когда стержень окажется в горизонтальном положении II.
Поскольку стержень скользит по гладкой поверхности, то энергия механическая системы (кинетическая и потенциальная) сохраняется. Таким образом, мы можем использовать законы сохранения энергии для решения этой задачи.
Находясь в состоянии покоя I, стержень имеет потенциальную энергию, равную mgh, где m - масса стержня, g - ускорение свободного падения, h - высота центра масс над уровнем земли. Так как он находится на высоте R, то потенциальная энергия в состоянии I равна mgh = mgR.
Когда стержень достигнет горизонтального положения II, он перейдет в кинетическую энергию движения. На этом этапе потенциальная энергия стержня равна нулю, и его кинетическая энергия будет равна 1/2mv^2, где v - скорость центра масс стержня.
Используя закон сохранения энергии, получаем:
mgh = 1/2mv^2
mgR = 1/2mv^2
Решая уравнение, находим скорость центра масс v:
v = sqrt(2gR)
Подставив численные значения ускорения свободного падения g = 9.81 м/с^2 и длины стержня R = 0.1 м, получим:
v = sqrt(29.810.1) = sqrt(1.962) = 1.4 м/с
Следовательно, скорость центра масс стержня при достижении горизонтального положения составляет 1.4 м/с.
Поскольку стержень скользит по гладкой поверхности, то энергия механическая системы (кинетическая и потенциальная) сохраняется. Таким образом, мы можем использовать законы сохранения энергии для решения этой задачи.
Находясь в состоянии покоя I, стержень имеет потенциальную энергию, равную mgh, где m - масса стержня, g - ускорение свободного падения, h - высота центра масс над уровнем земли. Так как он находится на высоте R, то потенциальная энергия в состоянии I равна mgh = mgR.
Когда стержень достигнет горизонтального положения II, он перейдет в кинетическую энергию движения. На этом этапе потенциальная энергия стержня равна нулю, и его кинетическая энергия будет равна 1/2mv^2, где v - скорость центра масс стержня.
Используя закон сохранения энергии, получаем:
mgh = 1/2mv^2
mgR = 1/2mv^2
Решая уравнение, находим скорость центра масс v:
v = sqrt(2gR)
Подставив численные значения ускорения свободного падения g = 9.81 м/с^2 и длины стержня R = 0.1 м, получим:
v = sqrt(29.810.1) = sqrt(1.962) = 1.4 м/с
Следовательно, скорость центра масс стержня при достижении горизонтального положения составляет 1.4 м/с.