1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الفيزياء

علماء الفيزياء

الفيزياء الكلاسيكية

الميكانيك

الديناميكا الحرارية

الكهربائية والمغناطيسية

الكهربائية

المغناطيسية

الكهرومغناطيسية

علم البصريات

تاريخ علم البصريات

الضوء

مواضيع عامة في علم البصريات

الصوت

الفيزياء الحديثة

النظرية النسبية

النظرية النسبية الخاصة

النظرية النسبية العامة

مواضيع عامة في النظرية النسبية

ميكانيكا الكم

الفيزياء الذرية

الفيزياء الجزيئية

الفيزياء النووية

مواضيع عامة في الفيزياء النووية

النشاط الاشعاعي

فيزياء الحالة الصلبة

الموصلات

أشباه الموصلات

العوازل

مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة

فيزياء الجوامد

الليزر

أنواع الليزر

بعض تطبيقات الليزر

مواضيع عامة في الليزر

علم الفلك

تاريخ وعلماء علم الفلك

الثقوب السوداء

المجموعة الشمسية

الشمس

كوكب عطارد

كوكب الزهرة

كوكب الأرض

كوكب المريخ

كوكب المشتري

كوكب زحل

كوكب أورانوس

كوكب نبتون

كوكب بلوتو

القمر

كواكب ومواضيع اخرى

مواضيع عامة في علم الفلك

النجوم

البلازما

الألكترونيات

خواص المادة

الطاقة البديلة

الطاقة الشمسية

مواضيع عامة في الطاقة البديلة

المد والجزر

فيزياء الجسيمات

الفيزياء والعلوم الأخرى

الفيزياء الكيميائية

الفيزياء الرياضية

الفيزياء الحيوية

الفيزياء العامة

مواضيع عامة في الفيزياء

تجارب فيزيائية

مصطلحات وتعاريف فيزيائية

وحدات القياس الفيزيائية

طرائف الفيزياء

مواضيع اخرى

علم الفيزياء : مواضيع عامة في الفيزياء : مواضيع اخرى :

Six Uniform Rods

المؤلف:  Sidney B. Cahn Boris E. Nadgorny

المصدر:  A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS

الجزء والصفحة:  part 1 , p 18

1-8-2016

2671

Six Uniform Rods

Six equal uniform rods, fastened at their ends by frictionless pivots, form a regular hexagon and lie on a frictionless surface. A blow is given at a right angle to the midpoint of one of them at point P in Figure 1.1 so that it begins to slide with velocity u. Show that the opposite rod begins to move with velocity v = u /10.

Figure 1.1

SOLUTION

This problem, in general (after some arbitrary time t) is rather difficult. However we can use two important simplifications at t = 0. First, there is six fold symmetry, which means that the positions of the center of mass of each rod can be described by just one angle θ and, of course, the length of a rod, which we will denote as 2a. The other consideration is that even after the blow, the system will keep symmetry relative to the y-axis (because the blow is at midpoint of the first rod). That means that not only at t = 0, but also at later times, there will be no rotation of the system, and its angular momentum is zero. We choose the coordinate system as shown in Figure 1.2. Now the velocity of the center of mass (midpoint P) of the first

Figure 1.2

 rod is u = The velocity of the midpoint of the opposite one (rod 4) is + 4aθ cosθ since the coordinates of its center of mass are(x, y + 4a sinθ) We may try to use the condition Pθ = 0 to find a relation between  and . At t = 0, θ = π/3 for a regular hexagon and

where  is the Lagrangian of the system, which in this case is equal to its kinetic energy T

Where i = 1…6 are subsequent rods (see Figure 1.2). The kinetic energy of each rod consists of its energy relative to the center of mass plus the energy of its center of mass. Let us say that the mass of the rod is m. The energy relative to the center of mass will be the same for rods i = 2, 3, 5, 6 and equal to  where Icm is the moment of inertia relative to the center of mass. We have already used Icm. To calculate it, we can either integrate (which is very simple in this case) or use a more general approach, which can be applied in other problems with bodies possessing certain symmetries. In this case, we know that the moment of inertia of the rod is γmL2, where L is the length of the rod and γ is some numerical factor. Now move to the edge of the rod. The moment of inertia Ie is

where L /2 is the distance between the edge and the center of mass. Here we have applied the parallel axis theorem. On the other hand, this Ie is nothing but half of the moment of inertia relative to the center of mass of a rod that is twice as long. So, we can write

The moment of inertia of the rod is then I = (1/12)mL2. In our case, L = 2a, so I = (1/3)ma2. We then arrive at

Now calculate the center of mass energy of each rod Ti = (m/2) (2i + ẏ2i):

So the total kinetic energy is

Now we can calculate Pθ at θ = π/3:

So

Now recalling that = u, we get for the velocity of rod 4

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي