Задача по физике Однородный стержень массой 1 кг и длиной 2 м вращается в горизонтальной плоскости с угловой скоростью 30 рад/с вокруг вертикальной оси. Ось вращения проходит через точку стержня, которая делит длину стержня в отношении 1:2. Вычислите кинетическую энергию стержня.
Для нахождения кинетической энергии стержня вращения вокруг вертикальной оси, воспользуемся формулой для кинетической энергии вращения:
K=12Iω2, K = \frac{1}{2} I \omega^2, K=21 Iω2,
где
K - кинетическая энергия,
I - момент инерции стержня относительно оси вращения,
ω - угловая скорость.
Момент инерции стержня относительно его центра масс можно выразить как
I=112ml2, I = \frac{1}{12} m l^2, I=121 ml2,
где
m - масса стержня,
l - длина стержня.
Подставляем данные:
m = 1 кг,
l = 2 м,
ω = 30 рад/с.
I=112⋅1⋅(2)2=112⋅4=13кг⋅м2. I = \frac{1}{12} \cdot 1 \cdot (2)^2 = \frac{1}{12} \cdot 4 = \frac{1}{3} кг \cdot м^2. I=121 ⋅1⋅(2)2=121 ⋅4=31 кг⋅м2.
Теперь можем найти кинетическую энергию:
K=12⋅13⋅(30)2=16⋅900=150Дж. K = \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{3} \cdot (30)^2 = \frac{1}{6} \cdot 900 = 150 Дж. K=21 ⋅31 ⋅(30)2=61 ⋅900=150Дж.
Ответ: Кинетическая энергия стержня равна 150 Дж.