Стержень вращается около вертикальной оси, проходящей перпендикулярно через его середину. в конец стержня попадает горизонтально летящая пуля и застревает в нем. с какой угловой скоростью начнет вращаться стержень? масса стержня 1,5 кг, длина стержня 60 см. масса пули 10г, скорость пули 300м/c
Для решения этой задачи нам понадобится закон сохранения момента импульса.
Имеем момент импульса системы до столкновения: L1 = I1 ω1 + mv*r, где I1 - момент инерции стержня до столкновения, ω1 - угловая скорость стержня до столкновения, m - масса пули, v - скорость пули, r - расстояние от оси вращения до точки столкновения.
После столкновения момент импульса будет сохраняться: L1 = I2 * ω2, где I2 - момент инерции стержня после столкновения, ω2 - угловая скорость стержня после столкновения.
Момент инерции стержня относительно его средней точки: I1 = (1/3)mL^2, где m - масса стержня, L - длина стержня.
Расстояние от оси вращения до точки столкновения: r = L/2
Для решения этой задачи нам понадобится закон сохранения момента импульса.
Имеем момент импульса системы до столкновения:
L1 = I1 ω1 + mv*r, где
I1 - момент инерции стержня до столкновения,
ω1 - угловая скорость стержня до столкновения,
m - масса пули,
v - скорость пули,
r - расстояние от оси вращения до точки столкновения.
После столкновения момент импульса будет сохраняться:
L1 = I2 * ω2, где
I2 - момент инерции стержня после столкновения,
ω2 - угловая скорость стержня после столкновения.
Момент инерции стержня относительно его средней точки:
I1 = (1/3)mL^2, где
m - масса стержня,
L - длина стержня.
Расстояние от оси вращения до точки столкновения:
r = L/2
Тогда, подставляя все известные данные, имеем:
L1 = (1/3)m1L1^2ω1 + m2vr
L1 = (1/3)1.5(0.6)^2ω1 + 0.013000.3
L1 = 0.18*ω1 + 0.09
Так как момент импульса сохраняется, то:
L2 = (1/3)m1L2^2*ω2
После столкновения момент импульса становится:
L2 = L1
0.18ω1 + 0.09 = (1/3)1.5(0.6)^2ω2
0.18ω1 + 0.09 = 0.18ω2
ω2 = (0.18*ω1 + 0.09) / 0.18
Теперь подставим известные значения и решим уравнение:
ω2 = (0.18ω1 + 0.09) / 0.18
ω2 = (0.18ω1 + 0.09) / 0.18
ω2 = ω1 + 0.5 рад/c
Итак, угловая скорость стержня после столкновения будет равна угловой скорости до столкновения плюс 0.5 рад/с.