שאלה במכניקה - תנועה מעגלית

antreprize

New member
שאלה במכניקה - תנועה מעגלית

ניסיתי לפתור את התרגלתי ודי הלכתי לאיבוד.
חשבתי על שתי גישות:
-תנועת המטוטלת מעניקה למערכת תנע זוויתי. לקופסה יהיה תנע שקול בכיוון ההפוך כדי שסך התנע זוויתי יהיה אפס. ברגע תחילת התנועת המומנט שמפעיל כוח החיכוך יהיה שקול לכך והתדירות באותו הרגע היא הרצויה.
הבעיה עם זה היא שאני מניח פה שהמטוטלת מאיצה, מה שמוסיף עוד פרמטר לפתרון ומסבך אותו. עוד בעיה היא היא שמטוטלת לא יכולה להפעיל מומנט על הקופסה (לפי התמונה אני מניח שהיא במרכזה) ואילו לא ברור מה המנוף של החיכוך (שטח הקופסא? היחידות לא מתאימות, למרות שזה נראה כמו קירוב טוב, כסכום המנופים של כל הנקודות האינפיניטסימליות על פאת הקופסה התחתונה).

-מרכז המסה. לא כל כך ברור לי מה אני אמור לעשות עם זה, אבל אינטואיטיבית אני חושב שזו הגישה היותר נכונה. אם מרכז הקופסא הוא בראשית הצירים, מ"מ נמצא במחצית המרחק של הכדור מראשית הצירים. אבל כשאני חושב על התנועה זה נראה כאילו מרכז המסה והמטוטלת מסתובבים שניהם סביב הציר שיורד מנקודת החיבור של המטוטלת. אולי מ"מ של הקופסה והכדור הוא באותו המקום של מ"מ של הקופסה בלבד? זה הגיוני אם "סוכמים" את המיקומים בזמן.

 
לדעתי אין צורך בתנע

אם הזווית בין החוט לבין האנך היא α, ואורך החוט הוא l' אזי משוואות התנועה הן כאלה

א. הגוף המסתובב לא יודע כלום על הקופסה. הוא מרגיש את כוח הכובד, את המתיחות בחוט ושקול הכוחות האלה הוא הכוח הצנטריפטאלי. לכן המשוואות שלו הן

Tcosα = m2*w²r = m(2πf)²*Lsinα בציר האופקי
Tsinα = m2*g = mg בציר האנכי

על הקופסה פועל כוח הנורמל, המתיחות בחוט וכוח החיכוך על סף תנועה. המשוואות הן

Tsinα + m1g = N בציר האנכי
Tcosα - m1g*µ = 0 בציר האופקי

T = mgµ/cosα

נציב בשתי המשוואות הראשונות
הצב את זה בשתי המשוואות הראשונות וחלץ את f.
 

antreprize

New member
אני לא בטוח שנכון להשוות בין כוח החיכוך לרכיב המתאים של T

הרכיב של T יהיה רדיאלי לציר הסיבוב ואילו כוח החיכוך מאונך לכיוון זה (במישור הסיבוב).
 
למה לא? החיכוך פועל בציר הרדיאלי ומנטרל את המתיחות.

ללא החיכוך, הקופסה הייתה "בורחת" החוצה. האם יש לך תשובות ?
 

antreprize

New member
כאשר הקופסא מסתובבת,

התנועה של כל חתיכה ממנה היא בכיוון המאונך לרדיוס המחבר אותה לציר הסיבוב, וחיכוך הפוך לכיוון התנועה.
כדי ליצור תנועה מעגלית דרוש כוח המכוון למרכז הציר סביבו נעים, אני מבין שאתה טוען שעבור הקופסא הכוח הזה הוא כוח החיכוך, וזה הגיוני שיש כוח חיכוך רדיאלי שמפצה על המשיכה של החוט. אבל במקרה הזה הוא יהיה מכוון רדיאלית החוצה, מאה שמונים מעלות ממשיכת החוט, לא?
 

Schrodingers Dog

New member
שים לב

שים לב שזה לא ענייננו בכלל איך גורמים למטוטלת להסתובב. לא שואלים על זה ולא צריך להתעסק עם זה. למעשה אפילו לא צריך לחשוב על תזוזה של הקופסא עצמה, כי גם את זה לא מזכירים. תנסה לחשוב על התשובה הנכונה שקיבלת בהתחלה.
 

antreprize

New member
כן, אני מבין.

ולאחר שהקופסא תחל לנוע יפעלו עליה למעשה שני כוחות חיכוך, האחד רדיאלי והאחד מאונך לו? כאשר הראשון סטטי(?) והשני קינטי?
 
אכן יפעלו שני כוחות חיכוך, אלא שתדירות הסיבוב קשורה רק

לרדיאלי ולא למשיקי.

אבל בינתיים יש לי תיקון קטן לעצמי: כוח החיכוך הפועל על הקופסה לא שווה ל mgµ כמו שאני כתבתי, אלא ל Nµ ו זה נתון ע"י המשוואה בציר האנכי

mg + Tsinα = N
 
אם יש כוח חיצוני שמסובב את המטוטלת, אזי ייתכנו 3 מקרים

א. הכוח יפעיל מומנט ששווה בדיוק למומנט של החיכוך ואז המהירות המשיקית תהיה קבועה - וככה אנו אוהבים את השאלות שלנו.
ב. הכוח יפעיל מומנט קטן ממומנט החיכוך ואז המהירוטת תלך ותקטן בתאוטה, עד שבסוף המטוטלת תיעצר. בתנאים האלה גם הזווית α תלך ותקטן כך שכל הניתוח מצריך נתונים נוספים לגבי הכוח החיצוני.
ג. הכוח יפעיל מומנט הגדול ממומנט החיכוך ואז תהיה תאוצה משיקית בנוסף לתאוצה הרדיאלית.

מן העובדה ששואלים על התדר בתנאים מסוימים אנו צריכים להניח שהתדר הזה הוא קבוע - משמע: המהירות הזוויתית קבועה וקים כוח חיצוני המבטיח זאת ע"י אספקת מומנט השווה בדיוק למומנט החיכוך.
 

אודי א ד

New member
אבל

התשובה של הספר היא
כמו שבתמונה, אבל קיבלתי תשובה שתלויה בזווית alpha שהגדרנו במשוואות הכוחות.
האם פיספסתי משהו?

 

antreprize

New member
אם מניחים שאלפא קטנה, אפשר להגיע

מהמשוואות של סוס כסוף לתשובה של הספר.
 
למעלה