Законы сохранения энергии и момента импульса.

; – момент импульса тела;

( ) – закон динамики вращательного движения в импульсной форме (закон изменения момента импульса).

Если , то – закон сохранения момента импульса.

– работа при вращательном движении;

– кинетическая энергия вращательного движения.

100. Шар, радиус которого равен r, скатывается по наклонному желобу и описывает «мертвую петлю» радиусом R. Пренебрегая трением качения и сопротивлением воздуха, найдите наименьшую начальную высоту h центра масс шара над центром петли, при которой это возможно.

101. Платформа в виде сплошного диска радиусом 1.5 м и массой 180 кг вращается по инерции вокруг вертикальной оси с частотой 10 об/мин. В центре платформы стоит человек массой 60 кг. Какую линейную скорость относительно пола помещения будет иметь человек, если он перейдет на край платформы?

102. Столб высотой 4 м из вертикального положения падает на землю. Определить момент импульса столба относительно точки опоры и скорость верхнего конца столба в момент удара о землю. Масса столба 60 кг.

103. На краю горизонтальной платформы, имеющей форму диска радиусом 1 м, стоит человек. Масса платформы 100 кг, масса человека 50 кг. Платформа может вращаться около вертикальной оси, проходящей через центр. С какой угловой скоростью будет вращаться платформа, если человек будет идти вдоль ее края со скоростью 2 м/с относительно платформы?

104. Однородный шар массой 2 кг и радиусом 4 см скатывается без скольжения по наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол 30⁰. Найти кинетическую энергию шара через 7 с после начала движения.

105. Однородный стержень длиной 85 см подвешен на горизонтальной оси, проходящей через верхний конец стержня. Какую наименьшую скорость надо сообщить нижнему концу стержня, чтобы он сделал полный оборот вокруг оси?

106. Найти линейные скорости движения центров тяжести: 1) шара; 2) диска; 3) обруча, скатившихся без скольжения с наклонной плоскости. Высота наклонной плоскости 50 см, начальная скорость всех тел равна нулю. Сравнить найденные скорости со скоростью тела, соскользнувшего с этой наклонной плоскости при отсутствии трения.

107. Якорь мотора делает 1500 об/мин. Определить вращающий момент, если мотор развивает мощность 500 Вт.

108. Вентилятор вращается со скоростью, соответствующей 300 об/мин. После выключения вентилятор, вращаясь равнозамедленно, сделал до остановки 75 оборотов. Работа сил трения равна 44.4 Дж. Найти момент инерции вентилятора и момент сил торможения.

109. Метеорит массой 10⁵ тонн, двигавшийся со скоростью 50 км/с, ударился о Землю на широте 60⁰. Вся его кинетическая энергия перешла в тепловую, а сам он испарился. Какое максимальное влияние мог оказать удар такого метеорита на продолжительность суток (найти ΔТ и ΔТ/Т).

110. Два маленьких шарика массами 40 г и 120 г соединены стержнем длиной 20 см, массой которого можно пренебречь. Система вращается относительно оси, перпендикулярной стержню и проходящей через его центр масс. Частота оборотов равна 3 с^-1. Определить момент импульса системы.

111. Найти момент инерции и момент импульса земного шара относительно оси вращения.

112. Маховик, обладающий моментом инерции 4 кг^.м², вращается под действием постоянного тормозящего момента и уменьшает частоту вращения от 600 до 120 об/мин за 2 мин. Вычислить угловое ускорение маховика; тормозящий момент; работу торможения; число оборотов за время торможения.

113. Горизонтальная платформа массой 100 кг вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через центр платформы, делая 10 об/мин. Человек массой 60 кг стоит при этом на краю платформы. С какой частотой начнет вращаться платформа, если человек перейдет от края платформы к ее центру? Считать платформу круглым однородным диском, а человека – точечной массой. Какую работу совершает при этом человек? Радиус платформы 1.5 м.

114. Платформа в виде диска вращается по инерции, делая 10 рад/с. На краю платформы стоит человек массой 80 кг. Какова будет угловая скорость платформы, если человек перейдет в ее центр?

115. Человек стоит в центре скамьи Жуковского, вращающейся с частотой 0.5 об/с. Момент инерции тела человека вместе с платформой относительно оси вращения равен 0.25 кг^.м². В вытянутых руках он держит гири массой по 2 кг каждая. Расстояние между гирями 1.6 м. С какой угловой скоростью будет вращаться скамья с человеком, если он опустит руки, и расстояние между гирями станет равным 0.6 м?

116. Маховик в виде диска массой 80 кг и радиусом 30 см находится в состоянии покоя. Какую работу нужно совершить, чтобы сообщить маховику частоту вращения 10 об/с? Какую работу пришлось бы совершить, если бы при такой же массе диск имел меньшую толщину, но вдвое больший радиус?

117. Найти кинетическую энергию велосипедиста, едущего со скоростью 9 км/ч. Масса велосипедиста вместе с велосипедом 78 кг, причем на массу колес приходится 3 кг. Колеса считать обручами.

118. Какую работу надо совершить, чтобы увеличить частоту вращения однородного диска радиусом 0.5 м относительно его оси от 200 до 400 об/мин? Масса диска 10 кг.

119. На краю неподвижной скамьи Жуковского диаметром 0.8 м и массой 6 кг стоит человек массой 60 кг. С какой угловой скоростью начнет вращаться скамья, если человек поймает летящий на него со скоростью 10 м/с мяч массой 0.5 кг? Траектория мяча горизонтальна и проходит на расстоянии 0.4 м от оси скамьи. Скамью считать диском.

120. Сплошной цилиндр массой 4 кг катится без скольжения по горизонтальной поверхности. Линейная скорость оси цилиндра равна 1 м/с. Определить кинетическую энергию цилиндра.

121. Диск массой 1 кг и диаметром 60 см вращается вокруг оси, проходящей через центр перпендикулярно его плоскости, делая 125 рад/с. Какую работу надо совершить, чтобы остановить диск?

122. Мальчик катит обруч по горизонтальной дороге со скоростью 2 м/с. На какое расстояние может вкатиться обруч на горку за счет своей кинетической энергии? Синус угла наклона горки равен 0.01.

123. Маховик вращается с частотой 10 об/с; его кинетическая энергия 8 кДж. За какое время вращающий момент сил 50 Н^.м, приложенный к этому маховику, увеличит угловую скорость маховика в два раза?

124. На какой угол надо отклонить однородный стержень, подвешенный на горизонтальной оси, проходящей через верхний конец стержня, чтобы нижний конец стержня при прохождении им положения равновесия имел скорость 5 м/с? Длина стержня 1 м.

125. Карандаш, поставленный вертикально, падает на стол. Какую угловую и линейную скорость будет иметь в конце падения: середина карандаша; верхний его конец? Длина карандаша 15 см.

126. Шар диаметром 6 см и массой 250 г катится без скольжения по горизонтальной плоскости с частотой вращения 4 Гц. Найти кинетическую энергию шара.

127. Медный шар радиусом 10 см вращается с частотой 2 об/с вокруг оси, проходящей через его центр. Какую работу надо совершить, чтобы увеличить угловую скорость вращения шара вдвое? Плотность меди 8900 кг/м³.

128. С какой наименьшей высоты должен съехать велосипедист, чтобы по инерции (без трения) проехать дорожку, имеющую форму «мертвой петли» радиусом 3 м, и не оторваться от дорожки в верхней точке петли? Масса велосипедиста вместе с велосипедом 75 кг, причем на массу колес приходится 3 кг. Колеса считать обручами.

129. Сплошной цилиндр массой 2 кг, катящийся без скольжения со скоростью 0.09 м/с, ударяется о массивную стенку и откатывается от нее со скоростью 0.05 м/с. Найти количество теплоты, выделившейся при ударе.

130. Маховик равноускоренно разгоняется за 1 минуту до 300 об/мин. Определить действующий на маховик момент силы, если на разгон требуется энергия 1000 Дж.

131. Колесо, вращаясь равнозамедленно при торможении, уменьшило за 1 минуту частоту вращения от 300 до 180 об/мин. Момент инерции колеса 2 кг^.м². Найти угловое ускорение колеса, тормозящий момент, работу торможения и число оборотов за 1 мин.

132. В центр шара массой 5 кг и радиусом 5 см, висящий на невесомой нерастяжимой нити длиной 10 см, попадает пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 500 м/с, и застревает в нем. На какую высоту поднимется центр шара с застрявшей пулей?

133. Однородный стержень массой 12 кг и длиной 1 м может вращаться относительно горизонтальной оси, проходящей через один конец. Во второй свободно висящий конец попадает пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 500 м/с, и застревает в нем. На какой угол отклонится стержень от вертикали?

134. Невесомый стержень может вращаться в вертикальной плоскости относительно горизонтальной оси, проходящей через его конец. На стержне укреплены на расстояниях 75 см и 1 м от оси вращения грузы с массами 2 кг и 1 кг соответственно. Стержень отпущен без начальной скорости из положения, составляющего угол 30⁰ с вертикалью. Определить линейную скорость грузов в момент, когда стержень займет вертикальное положение.

135. Монета массой m и радиусом r, вращаясь в горизонтальной плоскости вокруг своей геометрической оси с угловой скоростью ω, вертикально падает на горизонтальный диск и прилипает к нему. В результате диск приходит во вращение вокруг своей оси. Момент сил трения при вращении диска постоянен и равен М₀. Через какое время вращение диска прекратится? Сколько оборотов сделает диск до полной остановки? Момент инерции диска относительно его геометрической оси равен I₀. Расстояние между осями диска и монеты равно d.

136. Определить ускорение, с которым цилиндрическая бочка массой m, целиком заполненная жидкостью массой m₀, скатывается без скольжения с наклонной плоскости, образующей угол α с горизонтом. Трение между жидкостью и стенками бочки считать пренебрежимо малым. Массой днищ бочки пренебречь.