1. Quale delle seguenti affermazioni è corretta? (riscrivere la risposta corretta per esteso e solo sul foglio protocollo, non qui sotto): [4 punti]

Documenti analoghi
Problema (tratto dal 7.42 del Mazzoldi 2)

Esercizio (tratto dal Problema 4.7 del Mazzoldi 2)

m O Esercizio (tratto dal Problema 4.29 del Mazzoldi 2)

Esercizio (tratto dal problema 7.36 del Mazzoldi 2)

mv x +MV x = 0. V x = mv x

Esame 20 Luglio 2017

2. calcolare l energia cinetica del corpo e tracciare il suo andamento nel tempo;

4. Disegnare le forze che agiscono sull anello e scrivere la legge che determina il moto del suo centro di massa lungo il piano di destra [2 punti];

Esercizi di Fisica Generale Foglio 3. Forze

Esercizi svolti di Statica e Dinamica

F 2 F 1. r R. ( E KT = J, E KR = 0.31 J, F A = kx, T = 2π )

Test a Risposta Multipla (Esempio 3)

Soluzione del compito di Fisica 2. 2 febbraio 2012 (Udine)

I moti. Daniel Gessuti

(trascurare la massa delle razze della ruota, e schematizzarla come un anello; momento d inerzia dell anello I A = MR 2 )

Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Anno Accademico 2012/2013 Meccanica Razionale

Corso Meccanica Anno Accademico 2016/17 Scritto del 24/07/2017

G Mm 2. otteniamo R = 11 Perché la forza di gravitazione è diretta parallelamente. 12 Falso. Lo sarebbero se fosse costante il rapporto

1. la velocità angolare del sistema nell istante successivo all urto; 2. l impulso della reazione vincolare;

Esercitazione 09: Forze d inerzia e oscillatore armonico

Compito di Fisica 1 Ingegneria elettrica e gestionale Soluzioni fila A

Soluzioni I anno FisMat

M p. θ max. P v P. Esercizi di Meccanica (M6) Consegna: giovedì 3 giugno.

Fisica Generale I (primo modulo) A.A , 9 febbraio 2009

Esercizio 1. Esercizio 2

m h M θ Esercizio (tratto dal problema 7.42 del Mazzoldi 2)

Gli strumenti necessari per lo studio

8.4 Calcolo di tensori di inerzia

Dinamica Rotazionale

approfondimento Cinematica ed energia di rotazione equilibrio statico di un corpo esteso conservazione del momento angolare

POLITECNICO DI MILANO Facoltà di Ingegneria Industriale Fondamenti di Fisica Sperimentale, a.a I a prova in itinere, 10 maggio 2013

Lavoro. Esempio. Definizione di lavoro. Lavoro motore e lavoro resistente. Lavoro compiuto da più forze ENERGIA, LAVORO E PRINCIPI DI CONSERVAZIONE

meccanica delle vibrazioni laurea magistrale ingegneria meccanica parte 4 modelli matematici per sistemi MDOF

VII ESERCITAZIONE - 29 Novembre 2013

Fisica 1, a.a : Oscillatore armonico

F (t)dt = I. Urti tra corpi estesi. Statica

LAVORO ED ENERGIA Corso di Fisica per Farmacia, Facoltà di Farmacia, Università G. D Annunzio, Cosimo Del Gratta 2006

Lezione 8 Dinamica del corpo rigido

Richiami moto circolare uniforme

D. MR (*) 2. Il modulo dell accelerazione angolare α della carrucola vale rad A s rad B s rad C s rad D. 55.

CAPITOLO 7: ESEMPI PRATICI: 7.1 Esempi di dinamica.

1 Simulazione di prova d Esame di Stato

PROBLEMI RISOLTI DI DINAMICA

Problema 1. m F. che è un sistema di due equazioni e due incognite (a e µ s ). Risolvendo si ottiene:

Lezione mecc n.21 pag 1. Argomenti di questa lezione (esercitazione) Macchina di Atwood Moti kepleriani Urti, moti armonici Moto di puro rotolamento

Moto di caduta di un corpo. Un corpo K, supposto puntiforme e di massa m, cade verso il suolo da un altezza h. Studiamone il moto.

07 OTTOBRE 2015 ESERCIZIO 1

Soluzione degli esercizi della seconda prova in itinere di Meccanica del 13/01/2017

Esame scritto del corso di Fisica 2 del Corso di laurea in Informatica A.A (Prof. Anna Sgarlata)

Forze Centrali e Problema dei Due Corpi

Esercizio (tratto dal Problema 4.24 del Mazzoldi 2)

Di seguito, per semplicità, mostreremo esempi in cui il termine di destra della (*) f è costante nel tempo. %%%%%%%

Soluzioni della prova scritta Fisica Generale 1

DEDUZIONE DEL TEOREMA DELL'ENERGIA CINETICA DELL EQUAZIONE SIMBOLICA DELLA DINAMICA

PROVA SCRITTA DI MECCANICA RAZIONALE (9 gennaio 2015) (C.d.L. Ing. Civile [L-Z] e C.d.L. Ing. Edile/Architettura Prof. A.

MOMENTI DI INERZIA PER CORPI CONTINUI

Maturità scientifica P.N.I Q.1

Grandezze angolari. Lineare Angolare Relazione x θ x = rθ. m I I = mr 2 F N N = rf sin θ 1 2 mv2 1

0. Il processo si ripete nella fase di discesa, con valori negativi della velocità dato che qui le particelle viaggiano verso l equilibrio.

Φ D 2 L. k > 0. M O=A s. sistema (che è rappresentato in figura ). Infine, vogliamo calcolare le reazioni vincolari sul sistema.

Compito di Fisica Generale (Meccanica) 17/01/2013

b) DIAGRAMMA DELLE FORZE

Angolo polare, versori radiale e trasverso

Fisica Generale A 8. Esercizi sui Princìpi di Conservazione

Fisica Generale I (primo e secondo modulo) A.A , 15 luglio 2009

Oscillazioni. Si produce un oscillazione quando un sistema viene perturbato rispetto a una posizione di equilibrio stabile

Esercizio (tratto dal Problema 3.35 del Mazzoldi 2)

[3] Un asta omogenea di sezione trascurabile, di massa M = 2.0 kg e lunghezza l = 50 cm, può ruotare senza attrito in un piano verticale x y attorno a

In questa equazione il primo membro è in generale funzione del tempo, della posizione e della velocità, ovvero: F t x v

Oscillazioni. Definizioni Mo/ armonici Propagazione delle onde

- In un moto circolare uniforme perché la forza centripeta è sempre diretta verso il centro? è la base del triangolo isoscele di lati v = v1 = v2

Tonzig Fondamenti di Meccanica classica

Compito del 14 giugno 2004

PRINCIPIO DI INDUZIONE. k =. 2. k 2 n(n + 1)(2n + 1) 6

Prova scritta di Fisica Generale I Corso di studio in Astronomia 16 luglio 2013

M? La forza d attrito coinvolta è quella tra i due blocchi occorre quindi visualizzare la reazione normale al piano di contatto Il diagramma delle

IL MOTO ARMONICO QUALCHE RIMANDO ALLA FORZA CENTRIPETA E AL MOTO CIRCOLARE

Esame di Meccanica Razionale. Allievi Ing. MAT Appello del 6 luglio 2007

Meccanica. Lavoro di una forza, energia cinetica e potenziale, conservazione dell energia, rendimento

2 R = mgr mv2 0 = E f

Unità Didattica N 7. Lavoro, Energia, Urti

S.Barbarino - Appunti di Fisica - Scienze e Tecnologie Agrarie. Cap. 2. Cinematica del punto

ATTRITO VISCOSO ( DEL MEZZO) 1) Sedimentazione 2) Poiseille

PROBLEMA 1 Nel piano cartesiano Oxy è data la circonferenza C con centro O e raggio r = 3.

3. Si dica per quali valori di p e q la seguente legge e` dimensionalmente corretta:

ENERGIA MECCANICA. DOWNLOAD Il pdf di questa lezione (0404a.pdf) è scaricabile dal sito calvini/scamb/ 04/04/2012

Esercizi da fare a casa

Formulario Meccanica

Compito di Meccanica Razionale M-Z

Esercizi di dinamica 2

Meccanica Applicata alle Macchine 4 giugno 2002

1. calcolare l accelerazione del sistema e stabilire se la ruota sale o scende [6 punti];

MOTO DI PURO ROTOLAMENTO

Esame di Fisica con Laboratorio Corso di Laurea in Scienze dell Architettura Università degli Studi di Udine 29 gennaio 2010 Mario Paolo Giordani

Esercizio (tratto dal Problema 4.28 del Mazzoldi 2)

P = r. o + r. O + ω r (1)

Esame di Meccanica Razionale (Dinamica) Allievi Ing. Edile II Anno Prova intermedia del 23 novembre 2012 durata della prova: 2h

4. Su di una piattaforma rotante a 75 giri/minuto è posta una pallina a una distanza dal centro di 40 cm.

Unità didattica 2. Seconda unità didattica (Fisica) 1. Corso integrato di Matematica e Fisica per il Corso di Farmacia

1. Considerare il seguente sistema di vettori applicati:

Transcript:

Problea Un uoo di assa si trova sul bordo estreo di una piattafora di assa, a fora di disco di raggio, che ruota attorno al suo asse verticale con velocità angolare costante ω i. L uoo è inizialente fero rispetto alla piattafora, e ruota solidalente con essa rispetto al suolo. Ad un certo istante t 0 l uoo decide di spostarsi cainando radialente verso il centro della piattafora; dopo aver percorso una distanza d /3 l uoo si fera nuovaente rispetto al sistea della piattafora istante t t f. NB: I punti. e. sono preliinari in quanto riguardano nozioni estreaente basilari. Se le risposte ai punti. e. non risulteranno corrette, i restanti punti non verranno considerati.. Quale delle seguenti afferazioni è corretta? riscrivere la risposta corretta per esteso e solo sul foglio protocollo, non qui sotto: [ punti] a l energia eccanica del sistea discouoo a t t f è uguale a quella in t 0; b l energia cinetica del sistea discouoo si conserva; c il oento angolare del sistea discouoo a t t f è uguale a quello in t 0; d nell intervallo t [0, t f ] si conservano sia l energia eccanica che il oento angolare del sistea discouoo. Calcolare la velocità angolare ω f della piattafora quando la persona ha raggiunto la nuova posizione in funzione di ω i, e, e coentare se aggiore o inore di quella iniziale ω i NB: si odellizzi la persona coe un punto ateriale di assa ; [ punti] 3. Calcolare l energia cinetica K i all istante t 0 e K f all istante t t f del sistea, in funzione di ω i,, e. Stabilire se K i < K f, K i > K f o se K i K f ; [5 punti]. Calcolare l espressione del lavoro copiuto W dalle forze di attrito in funzione di ω i,, e, e coentare il segno di W ; [3 punti] 5. Valutare ω f nel caso particolare ω i s, 60 Kg e 300 Kg; [ punto] 6. Valutare W nel caso specifico dei dati del punto 5., per una piattafora di raggio 3. [ punto] Il oento d inerzia di un disco rispetto all asse passante per il centro vale rispettivaente I D.

SOLUZIONE. Quando la piattafora ruota, l uoo riane solidale con essa copiendo una traiettoria circolare. Ciò è dovuto alla forza di attrito tra piattafora e uoo, che fa copiere all uoo la traiettoria circolare. Quando poi caina radialente, l uoo sposta il punto di applicazione di tale forza di attrito. Il oto del sistea disco uoo avviene nel piano, per cui il oento angolare è diretto lungo la direzione verticale z. Oltre alle forze di attrito disco-uoo interne al sistea, l altra forza che agisce sul sistea disco uoo è la reazione vincolare del perno che tiene fisso il centro della piattafora forza esterna al sistea. A causa di tale forza, il sistea non è isolato strettaente parlando e infatti la quantità di oto non è conservata. Tuttavia la reazione vincolare non esercita alcun oento perché tale forza è applicata al centro del disco stesso, e non ha alcun effetto sul oento angolare. Pertanto, per quanto riguarda il oento angolare, il sistea può considerarsi isolato. Il oento angolare disco uoo dunque si conserva, ossia riane costante nel tepo entre l uoo si sposta. Al contrario, l energia eccanica del sistea disco uoo che in questo caso coincide con l energia cinetica non si conserva. Infatti, per cainare radialente verso il centro del disco, l uoo sfrutta a sua volta l attrito con il disco, che è una forza non conservativa. Pertanto la risposta corretta è: il oento angolare del sistea discouoo a t t f è uguale a quello in t 0. Per deterinare la velocità angolare finale del sistea sfruttiao la conservazione del oento angolare del sistea. Notiao che il oento angolare del sistea è diretto lungo l asse verticale z, e che esso si esprie, istante per istante, coe L z Iω dove I è il oento d inerzia rispetto all asse z e ω la velocità angolare di rotazione. Pertanto abbiao: da cui L z t 0 L z t t f I i ω i I f ω f ω f I i I f ω i odellizzando l uoo coe un punto ateriale di assa, i oenti d inerzia iniziale e finale valgono rispettivaente I i I D 3 I f I D d d d Sostituendo 3 e in otteniao ω f d ω i e seplificando, ω f d ω i 5 Osserviao che il denoinatore è più piccolo del nueratore, e dunque ω f > ω i, coe ci sia aspettava. Infatti il oento d inerzia totale diinuisce quando l uoo si sposta verso il centro, e dunque la velocità angolare auenta affinché il oento angolare possa conservarsi. NB: Il oento angolare si conserva anche entre l uoo si sposta radialente. Se ad un istante t interedio tra t 0 e t f, ossia 0 < t < t f l uoo si trova in una posizione radiale r interedia d < r <, possiao scrivere che L z t cost t 6

3 Tuttavia, entre l uoo si sposta radialente il oento d inerzia I del sistea discouoo varia nel tepo. In generale, possiao scrivere la conservazione del oento angolare coe: L z t 0 L z 0 < t < t f L z t f t o equivalenteente coe I i ω i It ωt I f ω f 7 L z r L z d < r < L z r d I i ω i Ir ωr I f ω f 8 dove Lr, Ir e ωr indicano rispettivaente il oento angolare, il oento d inerzia e la velocità angolare del sistea discouoo quando l uoo si trova ad una distanza r dal centro del disco. 3. icordando ora che l energia cinetica di rotazione si scrive coe Abbiao e K I ω K i I i ωi ωi ωi 9 K f I f ω f [uso ora ] Ii Confrontando K i e K f osserviao che I f ω i I f d ω i d ω i [oltiplico nu. e den. per d d ] ω i ω i 0 K f K i d > ossia l energia cinetica che in questo caso coincide con l energia eccanica non si conserva: nel passare da t 0 a t t f K auenta K f > K i.. Per calcolare il lavoro delle forze d attrito possiao procedere in due odi

Prio odo Possiao calcolare il lavoro delle forze di attrito applicando il teorea dell energia cinetica, ossia W K f K i dove W è il lavoro delle forze che agiscono sul sistea discouoo; in questo caso le uniche forze che agiscono sul sistea sono proprio quelle utue di attrito. Pertanto il lavoro delle forze di attrito vale: W K f K i K i K f K i [uso ora 9 e ] ωi }{{} K i d 0 3 }{{} fattore di increento Da questa espressione si vede nuovaente che l energia cinetica non si conserva, ossia K f K i. La differenza in energia cinetica è dovuta alle forze di attrito, che copiono un lavoro positivo. Infatti il fatto che l uoo si uova di oto rotatorio solidale alla piattafora indica che su di esso agisce una forza centripeta, che non è nient altro che la forza di attrito tra uoo e piattafora. Quando l uoo si sposta verso il centro stesso verso in cui è diretta la forza tale forza copie lavoro positivo. Coe si vede da 3, il lavoro delle forze di attrito aonta ad una percentuale d dell energia cinetica K i posseduta inizialente dal disco. Secondo odo Possiao calcolare il lavoro direttaente dalla definizione. La forza in gioco è la forza di attrito tra l uoo e la piattafora, che antiene la persona in rotazione con la piattafora stessa. Si tratta dunque della forza centripeta che, quando l uoo si trova ad una distanza r dal centro della piattafora, è pari a F att r ω r r dove si deve tener conto del fatto che la velocità angolare ω dell uoo e della piattafora varia an ano che la persona si uove verso il centro. Quando l uoo caina verso il centro della piattafora, sposta il punto di applicazione di tale forza, che dunque copie lavoro. Per valutare ωr utilizziao di nuovo la conservazione del oento angolare [che vale ad ogni distanza r, coe osservato nell Eq.8] Ir ωr I i ω i 5 e possiao scrivere che dove ωr I i Ir ω i 6 I i 7 Ir r 8 Pertanto il lavoro è dato da W d F att r dr F att r dr ω r r dr 9

5 Sostituendo l Eq.6 si ottiene W I i I r ω i r dr Ii ωi I r r dr ωi ωi r r dr r r dr [cabio di variabile x r/] ωi x d x dx [ ωi ] x d ωi d ω i d ω i d ω i d che coincide con l espressione 3 trovata col prio odo. 5. Sostituendo nell espressione 5 i valori nuerici dati, otteniao 0 ω f d / 3 / 6. Sostituendo in 3 i dati riportati nel testo, otteniao W 60 Kg ω i s 5 9 5 s 53 s 9.38 s s 9 / 3 / 5 Kg 5 36 5 s 8 9 5 7 5 7 36 53 Kg s 9 73. J