Question

Тонкий обруч с массой m = 0,1 кг и с радиусом r = 0,5 м катится без проскальзывания и имеет в начальный момент времени кинетическую энергию 800 дж. момент сил трения совершил работу 200 дж. кинетическая энергия вращательного движения обруча, продолжающего катиться без проскальзывания, стала после этого равна:

Answer 1

3/5( 578+84кг )=6 кг

Answer 2

Для решения задачи нам понадобятся формулы для кинетической энергии и работы поступательного и вращательного движения.

1. Кинетическая энергия поступательного движения:
K = (1/2)mv^2,

где K - кинетическая энергия поступательного движения, m - масса обруча, v - скорость обруча.

2. Кинетическая энергия вращательного движения:
K_rotation = (1/2)Iω^2,

где K_rotation - кинетическая энергия вращательного движения, I - момент инерции обруча, ω - угловая скорость обруча.

3. Момент инерции обруча:
I = (1/2)mr^2,

где I - момент инерции обруча, m - масса обруча, r - радиус обруча.

4. Работа силы трения:
W = Fd,

где W - работа силы трения, F - сила трения, d - путь, по которому действует сила трения.

Так как обруч катится без проскальзывания, то сила трения между обручем и поверхностью равна силе реакции опоры, и сила трения совершает работу, уменьшая кинетическую энергию поступательного движения и увеличивая кинетическую энергию вращательного движения.

Исходя из этого, мы можем написать уравнение:
K_initial + W = K_final,

где K_initial - начальная кинетическая энергия, W - работа силы трения, K_final - конечная кинетическая энергия (сумма кинетической энергии поступательного и вращательного движения).

Подставляя формулы (1), (2) и (4) в уравнение, получаем:
(1/2)mv^2 + Fd = (1/2)Iω^2.

С учетом формулы (3) для момента инерции обруча, получаем:
(1/2)mv^2 + Fd = (1/2)((1/2)mr^2)ω^2.

Так как обруч катится без проскальзывания, то радиус обруча r связан с угловой скоростью ω следующим образом: ω = v/r.

Подставляя это выражение в уравнение, получаем:
(1/2)mv^2 + Fd = (1/2)((1/2)mr^2)(v/r)^2.

Теперь мы можем решить это уравнение относительно конечной кинетической энергии K_final.

Возьмем начальную кинетическую энергию K_initial = 800 Дж и работу силы трения W = 200 Дж.

Подставляя это в уравнение и упрощая его, получаем:
(1/2)mv^2 + Fd = (1/2)((1/2)mr^2)(v/r)^2,
(1/2)(0,1)(v)^2 + (200)(d) = (1/4)(0,1)(0,5)^2((v)/(0,5))^2.

После сокращения и упрощения, получаем:
(1/2)(v)^2 + (200)(d) = (1/32)(v)^2,
(31/32)(v)^2 = (200)(d).

Теперь мы можем выразить скорость v через смещение d:
v = sqrt((32/31)(200)(d)).

Таким образом, мы получили выражение для скорости v.

Для нахождения конечной кинетической энергии K_final, мы можем использовать формулу (1):
K_final = (1/2)(0,1)(v)^2.

Подставляя выражение для скорости v, получаем:
K_final = (1/2)(0,1)((32/31)(200)(d)).

Снова сокращая и упрощая, получаем:
K_final = (64/31)(0,1)(200)(d).

Таким образом, конечная кинетическая энергия вращательного движения обруча после совершения работы силы трения равна (64/31)(0,1)(200)(d).

Надеюсь, это объяснение поможет вам понять решение задачи. Если у вас есть еще вопросы, не стесняйтесь задавать!