Bryła sztywna

Sprawdzian 3

Grupa A

Zadanie 1 (3 pkt)

Przez krążek o momencie bezwładności \(I\) i promieniu \(R\) przerzucono lekką, nierozciągliwą linkę, do której przymocowano ciężarek o masie \(m\) (jak na poniższym schemacie). Układ puszczono swobodnie z położenia spoczynku. Gdy ciężarek pokonał drogę \(h\) pionowo w dół, a linka nie ślizgała się po krążku, prędkość kątowa \(\omega\) krążka wynosiła:
h ω I, R m
A. \(\sqrt{\dfrac{2mgh}{I + mR^2}}\)
B. \(\sqrt{\dfrac{2mghR^2}{I + mR^2}}\)
C. \(\sqrt{\dfrac{mgh}{I + 2mR^2}}\)
D. \(\sqrt{\dfrac{2mgh}{I - mR^2}}\)

Zadanie 2 (3 pkt)

Na cienkościenną obręcz o masie \(m\) i promieniu \(R\) nawinięto nieważką nić, której górny koniec unieruchomiono, a układ puszczono swobodnie (jo-jo). Moment bezwładności obręczy względem osi przechodzącej przez punkt styku z nicią \(A\) (chwilowy środek obrotu) wynosi \(I_A = 2mR^2\). Przyspieszenie liniowe \(a\) środka masy obręczy ma wartość:
A O R m, R
A. \(\dfrac{1}{4}g\)
B. \(\dfrac{1}{2}g\)
C. \(\dfrac{2}{3}g\)
D. \(g\)

Zadanie 3 (3 pkt)

Z wierzchołka równi pochyłej o wysokości \(h\) stacza się swobodnie bez poślizgu jednorodna kula o masie \(m\) i promieniu \(R\), dla której moment bezwładności wynosi \(I = \frac{2}{5}mR^2\). Kula startuje z położenia spoczynku. Jaka część całkowitej energii kinetycznej kuli u podstawy równi przypada na energię kinetyczną jej ruchu obrotowego wokół środka masy?
h v ω m, R
A. \(\dfrac{2}{7}\)
B. \(\dfrac{5}{7}\)
C. \(\dfrac{2}{5}\)
D. \(\dfrac{1}{2}\)

Zadanie 4 (3 pkt)

Cztery jednakowe małe kulki o masie \(m\) każda (traktowane jako punkty materialne) połączono czterema nieważkimi prętami o długości \(a\), tworząc sztywną ramkę w kształcie kwadratu (jak na rysunku). Moment bezwładności tego układu względem osi prostopadłej do płaszczyzny kwadratu i przechodzącej przez jego środek (punkt przecięcia przekątnych) wynosi:
oś m m m m a
A. \(ma^2\)
B. \(2ma^2\)
C. \(4ma^2\)
D. \(\dfrac{1}{2}ma^2\)

Zadanie 5 (3 pkt)

Na bęben o momencie bezwładności \(I\) i promieniu \(R\) nawinięto nieważką linkę, na którą działa stała siła ciągnąca \(\vec{F}\) styczna do obwodu bębna. W łożyskach osi bębna występuje stały moment sił oporu o wartości \(M_o\). Jeżeli bęben obraca się z przyspieszeniem kątowym \(\varepsilon\), to wartość przyłożonej siły \(F\) wynosi:
R F ε M_o I, R
A. \(\dfrac{I\varepsilon + M_o}{R}\)
B. \(\dfrac{I\varepsilon - M_o}{R}\)
C. \(\dfrac{I\varepsilon}{R} - M_o\)
D. \(\dfrac{I\varepsilon}{R + M_o}\)

Grupa B

Zadanie 1 (3 pkt)

Na krążek o momencie bezwładności \(I\) i promieniu \(R\) nawinięto nieważką, nierozciągliwą linkę, na końcu której zawieszono ciężarek o masie \(m\). Układ puszczono swobodnie. Zakładając, że linka nie ślizga się po krążku, a opory ruchu osi krążka oraz opór powietrza są pomijalnie małe, przyspieszenie liniowe \(a\) opadającego ciężarka wynosi:
a I, R m
A. \(\dfrac{mgR^2}{I + mR^2}\)
B. \(\dfrac{mgR}{I + mR^2}\)
C. \(\dfrac{mg}{I + mR^2}\)
D. \(\dfrac{2mgR^2}{I + mR^2}\)

Zadanie 2 (3 pkt)

Na jednorodny krążek o masie \(m\) i promieniu \(R\) nawinięto nieważką nić, której górny koniec zamocowano, a krążek puszczono swobodnie (jo-jo). Moment bezwładności krążka względem osi przechodzącej przez jego środek masy wynosi \(I_0 = \dfrac{1}{2}mR^2\), a względem chwilowej osi obrotu w punkcie \(A\) wynosi \(I_A = \dfrac{3}{2}mR^2\). Wartość siły naciągu nici \(N\) podczas opadania krążka wynosi:
N A O m, R
A. \(\dfrac{1}{3}mg\)
B. \(\dfrac{1}{2}mg\)
C. \(\dfrac{2}{3}mg\)
D. \(\dfrac{3}{4}mg\)

Zadanie 3 (3 pkt)

Z wierzchołka równi pochyłej o wysokości \(h\) stacza się swobodnie bez poślizgu jednorodny pełny walec o masie \(m\) i promieniu \(R\), którego moment bezwładności wynosi \(I = \frac{1}{2}mR^2\). Walec startuje z położenia spoczynku, a opory toczenia i opór powietrza są pomijalnie małe. Prędkość liniowa \(v\) środka masy walca u podstawy równi ma wartość:
h v m, R
A. \(\sqrt{\dfrac{4}{3}gh}\)
B. \(\sqrt{2gh}\)
C. \(\sqrt{\dfrac{3}{4}gh}\)
D. \(\sqrt{\dfrac{1}{2}gh}\)

Zadanie 4 (3 pkt)

Trzy jednakowe małe kulki o masie \(m\) każda (traktowane jako punkty materialne) połączono trzema nieważkimi prętami o długości \(L\), tworząc sztywny układ w kształcie trójkąta równobocznego (jak na rysunku). Moment bezwładności tego układu względem osi prostopadłej do płaszczyzny trójkąta i przechodzącej przez jeden z jego wierzchołków wynosi:
oś m m m L
A. \(\dfrac{1}{2}mL^2\)
B. \(mL^2\)
C. \(2mL^2\)
D. \(3mL^2\)

Zadanie 5 (3 pkt)

Na bloczek o promieniu \(R\) i momencie bezwładności \(I\) zamocowany na nieruchomej osi działają dwie styczne siły: siła napędzająca \(\vec{F}_1\) oraz siła hamująca \(\vec{F}_2\) (\(F_1 > F_2\)), jak pokazano na poniższym rysunku. W łożyskach bloczka występuje ponadto stały moment siły tarcia \(M_T\) przeciwdziałający obrotowi. Przyspieszenie kątowe \(\varepsilon\) bloczka wyraża wzór:
R F₁ F₂ M_T I, R
A. \(\dfrac{(F_1 - F_2)R - M_T}{I}\)
B. \(\dfrac{(F_1 + F_2)R - M_T}{I}\)
C. \(\dfrac{(F_1 - F_2)R + M_T}{I}\)
D. \(\dfrac{F_1 R - F_2 - M_T}{I}\)

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *