Zadanie Zadanie 6.4.14: Ewolucja z powracającą obręczą (rotacja wsteczna)
- Punkty
- 5 pkt
- Dział
- Bryła sztywna · Energia kinetyczna w ruchu obrotowym
- Trudność
- Poziom trudności: trudne
Podczas pokazu gimnastyki artystycznej zawodniczka wykonuje widowiskową ewolucję z cienkościenną obręczą o masie i promieniu (moment bezwładności względem osi symetrii ). Obręcz zostaje pchnięta w przód po poziomym podłożu z początkową prędkością postępową środka masy , a jednocześnie zawodniczka nadaje jej ruch obrotowy z początkową prędkością kątową . Współczynnik tarcia kinetycznego obręczy o podłoże wynosi . Początkowo obręcz porusza się z poślizgiem, po czym zatrzymuje się w ruchu postępowym i powraca do rąk zawodniczki, tocząc się już bez poślizgu.
a) Wyjaśnij jakościowo, w którą stronę zawodniczka musi wprawić obręcz w ruch obrotowy (zgodnie z kierunkiem toczenia czy przeciwnie – tzw. rotacja wsteczna / backspin), aby powrót był możliwy.
b) Sporządź bilans sił działających na obręcz w fazie poślizgu i wyznacz zależności prędkości liniowej oraz prędkości kątowej od czasu.
c) Wyznacz chwilę czasu , w której ustaje poślizg, oraz wyprowadź zależność pomiędzy prędkością początkową , prędkością kątową i promieniem , która gwarantuje, że obręcz powróci do zawodniczki.
Odpowiedź i wynik końcowy
a) Zawodniczka musi nadać obręczy rotację wsteczną (tzw. backspin, kręcąc obręczą „do siebie” / przeciwnie do kierunku ruchu wskazówek zegara przy ruchu w prawo).
b) , .
c) Chwila ustania poślizgu: . Warunek powrotu obręczy do zawodniczki: .
a: Zawodniczka musi nadać obręczy rotację wsteczną (tzw. backspin, kręcąc obręczą „do siebie” / przeciwnie do kierunku ruchu wskazówek zegara przy ruchu w prawo).