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[Risolto] Urto di corpi rigidi

  

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Salve, ho dei dubbi su un problema: un cilindro omogeneo di massa M, raggio R e altezza H, ruota attorno al proprio asse con velocità angolare omega(iniziale). Ad un certo istante un secondo cilindro omogeneo, coassiale, avente la stessa densità del primo, di raggio R/2 e altezza H/2, viene lasciato cadere lungo l'asse di rotazione e si attacca al primo cilindro. Supponendo il sistema isolato, si calcoli la velocità angolare del sistema dopo l'urto e la variazione di energia cinetica avvenuta.

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inerzia

Come ruota? Non ho capito...

Momento d'inerzia cilindro:

I = 1/2 M R^2;

Momento angolare L = I * omega, si conserva dopo l'urto.

Il secondo cilindro ha raggio R/2 e altezza H/2, quindi ha volume che è 1/8 del volume del primo cilindro:

V2 = pigreco (R/2)^2 * H/2 = pigreco (R^2)/4 * H/2= 1/8 * [pigreco * R^2 * H];

Quindi se il volume V2 è 1/8 di V1, anche la sua massa m è M/8;

I2 = 1/2 * (M/8) * (R/2)^2 = 1/2 * 1/32 * M R^2 =  M R^2 /64; momento d'inerzia secondo cilindro.

I finale = M R^2 / 2 + M R^2 / 64 = 33/64 *M R^2;

L = Lo;

33/64 *M R^2 * (omega 1) = 1/2 M R^2 * (omega o)

omega 1 = 1/2 * (64/33) (omega o) = 32/33 (omega o),

Energia finale = 1/2 * I1 * (omega1)^2;

E finale = 1/2 * [33/64 *M R^2] * [32/33 (omega o)]^2;

E fin = 1/2 * (16/33) * M R^2 *(omega o)^2;

Eo = 1/2 * 1/2 M R^2 * (omega o)^2;

DeltaE = 8/33 * M R^2 *(omega o)^2 - 1/4 * M R^2 * (omega o)^2;

DeltaE = (32 - 33)/132 *[M R^2 *(omega o)^2] = - 1/132 * [M R^2 *(omega o)^2]

 

 

 

 

@mg 

Leggere quest'esercizio m'ha scatenato un'ondata di ricordi.
CONSERVAZIONE DEL MOMENTO DELLA QUANTITÀ DI MOTO
Nei miei ormai remoti anni universitarii mi toccò in ben due esami svolgere dimostrazioni lunghissime e faticose.
Nell'esame di "macchinette" (Meccanica Applicata alle Macchine e Macchine), su una precisa domanda del Ch.mo Prof. Arnaldo Castagna in risposta a una mia affermazione, mi misi a scrivere per più di venti minuti riempiendo di passaggi un foglio A3 e mi congelai inorridito prima di scrivere il passaggio conclusivo: se l'avessi scritto avrei dimostrato che l'energia ceduta da un salto d'acqua a una turbina è funzione del diametro della condotta.
Alzai lo sguardo dal foglio a Castagna pensando "Oddio, un'altra bocciatura! Ma sono proprio scemo." (in totale ne presi 19, su 33 esami!) e lo vidi che sorrideva come lo stregatto di Alice: mi disse "Io starei attento prima di dire certe cose!" e mi promosse.
L'anno precedente, all'esame di "fisicona" (Fisica Sperimentale, biennale), avevo consegnato lo statino a un assistente addetto all'accoglienza il quale, tuffato il braccio in un enorme vaso pseudocinese che troneggiava sul tavolo dell'ingresso, ne aveva estratto un foglietto che consegnò a me dicendomi "Lei sarà interrogato su questi tre argomenti: vada a ripassare." poi consegnò me all'usciere che doveva accompagnarmi all'aula di ripasso e si dedicò a un altro esaminando.
Dopo più di un'ora di ripasso un'altro usciere mi venne a prelevare per condurmi in aula d'esame e consegnarmi alla sottocommissione di competenza (nell'aula erano state rimosse le gradinate e piazzati una trentina di tavoli per le sottocommissioni ciascuna fatta da un assistente e un cultore della materia che conduceva l'esame; il terzo membro era il presidente di commissione che interveniva, di solito, solo per decidere il voto, scriverlo sul libretto e firmare.).
Sul primo argomento andò tutto liscio, non me n'è rimasto alcun ricordo.
Poi "Dimostri la conservazione del momento della quantità di moto" e giù, mi tuffai in un mare di passaggi; ne riemersi dopo un bel po', trionfante: "E quindi rimane costante!" pensando "Uh, ce l'ho fatta! Mo chi sa che mi chiede sulla mutua induzione ... mah ...".
Fui riscosso dalla voce del cultore della materia che m'aveva chiesto languidamente "Come?" e io ripetei esitando "Quindi è costante." e lui, meno dolcemente "Le ho chiesto come!" al che andai in tilt (Oddio, che ho detto che non gli va bene? Ma questo che vuole?) e rimasi imbambolato.
Giorgio Salvini (presiedeva lui quella sessione) che per caso era nei dintorni iniziò a bassa voce "All'ombra de' cipressi e dentro l'urne / confortate di pianto è forse il sonno / della morte men duro?" ed io "Ma rispetto al tempo, ovviamente!" e il cultore "Bene, passiamo alla mutua induzione.".
Poi alla fine il Ch.mo Prof. Giorgio Salvini mi scrisse il più alto voto che abbia mai preso.
Una ventina d'anni dopo, alla conferenza settimanale dell'Accademia dei Lincei, me lo trovai seduto a fianco e gli dissi "Professore è da molti anni che le devo un grazie di cuore!"; gli raccontai l'episodio, che lui non rammentava affatto, e si divertì molto.



1

MoI iniziale = J = m/2*r^2

MoI aggiunto J' = m/4*r^2/4 

MOI finale Jf = m*r^2(1/2+1/16) = m*9r^2/16 

 

prima

momento angolare iniziale L = J*ω = m/2*r^2*ω

E = J/2*ω^2 = m*r^2*ω^2/4

dopo

L si conserva

velocità angolare finale ωf = L/Jf = m/2*r^2*ω*16/(9*m*r^2) = 8ω/9 rad/sec 

Ef = m*9r^2/32*64/81ω^2 = m*r^2*ω^2*18/81  

 

ΔE = m*r^2*ω^2*(1-72/81) = m*r^2*ω^2 /9



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SOS Matematica

4.6
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