Zadanie 5.2.2.2

 Zadanie 5.2.2.2

Moment bezwładności trzech mas
Oblicz moment bezwładności powiązanych więzami trzech mas, które mogą obracać się razem wokół osi \(z\).
Położenia i wartości mas:
  • \(P_1=(5,0)\,\mathrm{m}\), \(m_1=3\,\mathrm{kg}\),
  • \(P_2=(3,-3)\,\mathrm{m}\), \(m_2=5\,\mathrm{kg}\),
  • \(P_3=(-4,2)\,\mathrm{m}\), \(m_3=8\,\mathrm{kg}\).

Informacja

Możesz zobaczyć odpowiedź klikając w przycisk "Odpowiedź" lub sprawdzać kolejne etapy rozwiązania, wybierając prawidłowe odpowiedzi. W rozwiązaniu znajdziesz wskazówki, obliczenia i objaśnienia.

Dane i szukane

Dane:
- \(P_1=(5,0)\,\mathrm{m}\), \(m_1=3\,\mathrm{kg}\),
- \(P_2=(3,-3)\,\mathrm{m}\), \(m_2=5\,\mathrm{kg}\),
- \(P_3=(-4,2)\,\mathrm{m}\), \(m_3=8\,\mathrm{kg}\).

Szukane:
- moment bezwładności \(I\).

Odpowiedź

Moment bezwładności powiązanych więzami trzech mas wynosi \(I=325\,\mathrm{kg\cdot m^2}\).

Polecenie

Oblicz kwadraty odległości poszczególnych mas od osi \(z\). Wybierz jeden prawidłowy zestaw wyników, spośród czterech przedstawionych poniżej.

Wybór 1 z 4

\(r_1^2=5\,\mathrm{m^2}\)

\(r_2^2=0\,\mathrm{m^2}\)

\(r_3^2=2\,\mathrm{m^2}\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Wybór 2 z 4

\(r_1^2=25\,\mathrm{m^2}\)

\(r_2^2=18\,\mathrm{m^2}\)

\(r_3^2=20\,\mathrm{m^2}\)

Odpowiedź prawidłowa

Wybór 3 z 4

\(r_1^2=5\,\mathrm{m^2}\)

\(r_2^2=9\,\mathrm{m^2}\)

\(r_3^2=8\,\mathrm{m^2}\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Wybór 4 z 4

\(r_1^2=50\,\mathrm{m^2}\)

\(r_2^2=33\,\mathrm{m^2}\)

\(r_3^2=42\,\mathrm{m^2}\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Rozwiązanie

Na podstawie wiedzy o wektorach w kartezjańskim układzie odniesienia znajdujemy kwadrat odległości od osi \(z\) poszczególnych mas.

\(r_i^2=x_i^2+y_i^2\)

\(r_1^2=x_1^2+y_1^2=5^2+0^2=25\,\mathrm{m^2}\)

\(r_2^2=x_2^2+y_2^2=3^2+(-3)^2=18\,\mathrm{m^2}\)

\(r_3^2=x_3^2+y_3^2=(-4)^2+2^2=20\,\mathrm{m^2}\)

Polecenie

Oblicz moment bezwładności dla układu trzech mas. Wybierz jedną prawidłową odpowiedź, wśród dwóch przedstawionych poniżej.

Wybór 1 z 2

\(I=325\,\mathrm{kg\cdot m^2}\)

Odpowiedź prawidłowa

Wybór 2 z 2

\(I=3,25\,\mathrm{kg\cdot m^2}\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Rozwiązanie

Moment bezwładności punktu materialnego dla masy punktowej wyniesie

\(I_i=r_i^2m_i\)

Ponieważ moment bezwładności jest wielkością skalarną dodaje się jak skalary. W naszym przypadku daje to wynik

\(\displaystyle{I=\sum_{i=1}^3 r_i^2m_i=\sum_{i=1}^3 (x_i^2+y_i^2)m_i }\)

Proste obliczenia dadzą następujący wynik

\(I=25\cdot 3+18\cdot 5+20\cdot 8\)

\(I=75+90+160=325\,\mathrm{kg\cdot m^2}\)

Odpowiedź

Moment bezwładności powiązanych więzami trzech mas wynosi \(I=325\,\mathrm{kg\cdot m^2}\).