Zadanie Zadanie 6.4.11: Przewracający się słup teletechniczny

Punkty
4 pkt
Dział
Bryła sztywna · Energia kinetyczna w ruchu obrotowym
Trudność
Poziom trudności: trudne
Jednorodny słup teletechniczny o wysokości H=6,0 mH = 6,0\text{ m} i masie M=900 kgM = 900\text{ kg} przewraca się, obracając się bez poślizgu wokół krawędzi podstawy OO. Moment bezwładności słupa względem osi obrotu przechodzącej przez jego podstawę wynosi I=13MH2I = \frac{1}{3} M H^2. Przyjmij przyspieszenie ziemskie g=9,81 m/s2g = 9,81\text{ m/s}^2 i pomiń opory powietrza. a) Korzystając z zasady zachowania energii mechanicznej, wyprowadź wzór i oblicz wartość prędkości kątowej ω\omega słupa tuż przed uderzeniem o poziome podłoże. b) Oblicz wartość prędkości liniowej vv najwyższego wierzchołka słupa w chwili uderzenia o ziemię.

Treść zadania

Jednorodny teletechniczny słup oświetleniowy o wysokości H=6,0 mH = 6,0\text{ m} i masie M=900 kgM = 900\text{ kg} uległ podcięciu przy gruncie i przewraca się, obracając się bez poślizgu wokół nieruchomej krawędzi podstawy OO. Moment bezwładności słupa względem osi obrotu przechodzącej przez jego podstawę wynosi I=13MH2I = \frac{1}{3} M H^2. Przyjmij przyspieszenie ziemskie g=9,81 m/s2g = 9,81\text{ m/s}^2 i pomiń opory powietrza. a) Korzystając z zasady zachowania energii mechanicznej, wyprowadź wzór i oblicz wartość prędkości kątowej ω\omega słupa tuż przed uderzeniem o poziome podłoże. b) Oblicz wartość prędkości liniowej vv najwyższego wierzchołka słupa w chwili uderzenia o ziemię.

Odpowiedź i wynik końcowy

a) ω=3gH≈2,22 rad/s\omega = \sqrt{\frac{3g}{H}} \approx 2,22\text{ rad/s} b) v=ωH=3gH≈13,30 m/sv = \omega H = \sqrt{3gH} \approx 13,30\text{ m/s}
Ilustracja do zadaniaSchemat upadku jednorodnego słupa o wysokości H obracającego się wokół podstawy O tuż przed uderzeniem o poziome podłoże z zaznaczonym środkiem masy, siłą ciężkości F_g oraz wektorem prędkości liniowej v wierzchołka.OFgHH/2ωv