Question

На скамье Жуковского, вращающейся около вертикальной оси с частотой 2 об./с, стоит человек и держит на вытянутых руках две одинаковые гири.
Расстояние между гирями равно 1,5 м. Когда человек опускает руки, расстояние между
гирями становится равным 0,4 м и частота вращения скамьи 3 об./с. Суммарный момент
инерции человека и скамьи равен 8 кг м2

. Трением пренебречь. Определите массу гири.

Answer 1

Для решения данной задачи, нам потребуются следующие физические законы и формулы:

1. Закон сохранения момента импульса: момент импульса системы до воздействия внешних сил равен моменту импульса системы после воздействия внешних сил.

2. Момент инерции тела относительно оси вращения вычисляется по формуле: I = m * r^2, где I - момент инерции, m - масса тела, r - расстояние от оси вращения до тела.

3. Момент инерции системы тел вычисляется как сумма моментов инерции каждого тела относительно той же оси вращения: I_системы = I_1 + I_2 + ..., где I_системы - момент инерции системы, I_1, I_2, ... - моменты инерции каждого тела.

4. Частота вращения скамьи связана с моментом инерции системы и моментом импульса системы по формуле: I_системы * w_начальная = I_системы * w_конечная, где w_начальная и w_конечная - частоты вращения скамьи до и после опускания рук.

Дано:
Частота вращения скамьи до опускания рук: w_начальная = 2 об/с
Частота вращения скамьи после опускания рук: w_конечная = 3 об/с
Расстояние между гири до опускания рук: r_начальная = 1.5 м
Расстояние между гири после опускания рук: r_конечная = 0.4 м
Суммарный момент инерции человека и скамьи: I_системы = 8 кг м^2

Требуется найти массу гири: m_гиры.

1. Найдем моменты инерции системы до и после опускания рук.
Очевидно, что момент инерции системы до опускания рук равен моменту инерции системы после опускания рук, так как в данной системе отсутствуют внешние моменты сил.

I_системы * w_начальная = I_системы * w_конечная

Подставим значения и выразим момент инерции системы:

8 кг м^2 * 2 об/с = 8 кг м^2 * 3 об/с

16 = 24

Из вышеприведенного равенства получили противоречие. Значит, данная задача не имеет решения в предложенной формулировке.

Возможные ошибки при решении:
- Ошибочно пренебрегли внешними моментами сил (трением, воздействием гравитационной силы на гири и т.д.), которые могли изменить момент инерции системы.

Заключение:
Задача, сформулированная в данной постановке, не имеет решения с учетом данных предположений о системе. Необходимо дополнить постановку условиями взаимодействия системы с окружающей средой для получения корректного решения.