На концах тонкого однородного стержня длиной L и массой m прикреплены маленькие шарики массами m и 2m. Определить момент инерции такой системы относительно оси, перпендикулярной стержню и проходящей через точку, лежащую на оси стержня и отстоящую на расстоянии l от меньшего груза. При расчетах принять L = 1 м, m = 0,2 кг, l=0,3 м. Шарики рассматривать как материальные точки
Для решения этой задачи нам понадобится использовать теорему Гюйгенса-Штейнера, которая позволяет найти момент инерции системы относительно произвольной оси, зная момент инерции относительно параллельной оси и расстояние между осями.
Известно, что момент инерции материальной точки относительно оси, проходящей через точку, равен m*r^2, где m - масса точки, r - расстояние от точки до оси.
Для шарика массой m момент инерции относительно оси, проходящей через него и перпендикулярной стержню, равен m*l^2 гдеl=0,3мгде l = 0,3 мгдеl=0,3м, так как расстояние от шарика массой m до указанной оси равно l.
Для шарика массой 2m момент инерции относительно этой оси равен 2m*L−lL-lL−l^2 расстояниеотшарикамассой2mдоуказаннойосиравноL−lрасстояние от шарика массой 2m до указанной оси равно L-lрасстояниеотшарикамассой2mдоуказаннойосиравноL−l.
Теперь можем записать общий момент инерции системы относительно указанной оси:
Для решения этой задачи нам понадобится использовать теорему Гюйгенса-Штейнера, которая позволяет найти момент инерции системы относительно произвольной оси, зная момент инерции относительно параллельной оси и расстояние между осями.
Известно, что момент инерции материальной точки относительно оси, проходящей через точку, равен m*r^2, где m - масса точки, r - расстояние от точки до оси.
Для шарика массой m момент инерции относительно оси, проходящей через него и перпендикулярной стержню, равен m*l^2 гдеl=0,3мгде l = 0,3 мгдеl=0,3м, так как расстояние от шарика массой m до указанной оси равно l.
Для шарика массой 2m момент инерции относительно этой оси равен 2m*L−lL-lL−l^2 расстояниеотшарикамассой2mдоуказаннойосиравноL−lрасстояние от шарика массой 2m до указанной оси равно L-lрасстояниеотшарикамассой2mдоуказаннойосиравноL−l.
Теперь можем записать общий момент инерции системы относительно указанной оси:
I = ml^2 + 2mL−lL-lL−l^2
Подставляем известные значения и получаем:
I = 0,2 0,30,30,3^2 + 2 0,2 1−0,31-0,31−0,3^2 = 0,18 + 2 0,2 0,49 = 0,18 + 0,196 = 0,376 кгм^2
Итак, момент инерции такой системы относительно указанной оси равен 0,376 кг*м^2.