Zadanie Zadanie 6.4.10: Trenażer żyroskopowy nadgarstka i energia rotora

Punkty
3 pkt
Dział
Bryła sztywna · Energia kinetyczna w ruchu obrotowym
Trudność
Poziom trudności: średnie
Trenażer żyroskopowy nadgarstka posiada wewnętrzny rotor o momencie bezwładności I=15⋅10−5 kg⋅m2I = 15 \cdot 10^{-5}\,\text{kg}\cdot\text{m}^2. Rozruch następuje przez wyciągnięcie sznurka rozruchowego o długości l=0,25 ml = 0{,}25\,\text{m} ze stałą siłą naciągu F=24 NF = 24\,\text{N}. a) Oblicz pracę wykonaną przy rozruchu rotora. b) Oblicz częstotliwość obrotową f1f_1 rotora po wyciągnięciu sznurka (zakładając brak strat energii na opory ruchu). c) Podczas ćwiczenia nadgarstkiem rotor osiąga prędkość n=7200 obr/minn = 7200\,\text{obr/min}. Oblicz energię kinetyczną ruchu obrotowego przy tej prędkości.

Treść zadania

Trenażer żyroskopowy nadgarstka posiada wewnętrzny rotor o momencie bezwładności I=15⋅10−5 kg⋅m2I = 15 \cdot 10^{-5}\,\text{kg}\cdot\text{m}^2. Rozruch następuje przez wyciągnięcie sznurka rozruchowego o długości l=0,25 ml = 0{,}25\,\text{m} ze stałą siłą naciągu F=24 NF = 24\,\text{N}. a) Oblicz pracę wykonaną przy rozruchu rotora. b) Oblicz częstotliwość obrotową f1f_1 rotora po wyciągnięciu sznurka (zakładając brak strat energii na opory ruchu). c) Podczas ćwiczenia nadgarstkiem rotor osiąga prędkość obrotową n=7200 obr/minn = 7200\,\text{obr/min}. Oblicz energię kinetyczną ruchu obrotowego przy tej prędkości.

Odpowiedź i wynik końcowy

a) W=6 JW = 6\,\text{J} b) f1≈45,0 Hzf_1 \approx 45{,}0\,\text{Hz} c) Ek≈42,6 JE_k \approx 42{,}6\,\text{J} a: W=6 JW = 6\,\text{J} b: f1≈45,0 Hzf_1 \approx 45{,}0\,\text{Hz} c: Ek≈42,6 JE_k \approx 42{,}6\,\text{J}
Ilustracja do zadaniaPrzekrój trenażera. Sznurek jest styczny do dolnego punktu obwodu rotora (promień rotora 55 px, punkt styku y=215 przy środku y=160) i ciągnie się poziomo w prawo. Siła F działa w prawo dokładnie na wolnym końcu sznurka; napięcie T działa na rotor w punkcie styku.IFl = 0,25 mωT