- Значения каких физических величин одинаковы для точек A и B диска, вращающегося вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O?
- линейной скорости
- частоты обращения
- периода обращения
- угловой скорости
- ускорения
Для всех точек твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси, одинаковы угловая скорость
Таким образом, одинаковы величины под номерами
- Тело движется по окружности радиуса 80 см с периодом обращения 4 с. Вычислите центростремительное ускорение тела (в с2м, π2=10).
Переведем величины в систему СИ:
Радиус
Период
Формула центростремительного ускорения через период:
Подставим значения:
- Велосипедист движется со скоростью 18 км/ч. Вычислите центростремительное ускорение точек обода колеса велосипеда, если частота его обращения 3 с−1 (в с2м, π=3).
Линейная скорость точек обода равна скорости поступательного движения велосипеда:
Угловая скорость выражается через частоту:
Центростремительное ускорение:
Ременная передача. Движение диска, вращающегося вокруг оси, проходящей через его центр
- Показаны три точки на диске, вращающемся вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O. Какое из соотношений между угловыми скоростями этих точек верно?
A) ω1>ω2=ω3
B) ω1=ω2>ω3
C) ω1=ω2<ω3
D) ω1=ω2=ω3
E) ω1<ω2=ω3
Все точки одного жесткого вращающегося диска совершают один оборот за одинаковое время, поэтому их угловые скорости равны:
D
- Показаны три точки на диске, вращающемся вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O. Какое из соотношений между периодами обращения этих точек верно?
A) T1>T2=T3
B) T1=T2>T3
C) T1=T2<T3
D) T1=T2=T3
E) T1<T2=T3
Период обращения связан с угловой скоростью:
Так как диск вращается как единое целое, угловые скорости всех его точек равны, следовательно, периоды обращения также равны:
D
- Показаны три точки на диске, вращающемся вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O. Какое из соотношений между периодами обращения этих точек верно?
A) T1>T2=T3
B) T1=T2>T3
C) T1=T2<T3
D) T1=T2=T3
E) T1<T2=T3
Периоды обращения всех точек одного жесткого вращающегося диска одинаковы:
D
- Показаны три точки на диске, вращающемся вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O. Какое из соотношений между центростремительными ускорениями этих точек верно?
A) a1<a2=a3
B) a1=a2>a3
C) a1>a2=a3
D) a1=a2<a3
E) a1=a2=a3
Центростремительное ускорение:
Угловая скорость
По рисунку видно, что точки
Следовательно:
A
- Показаны три точки на диске, вращающемся вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O. Какое из соотношений между центростремительными ускорениями этих точек верно?
A) a1>a2>a3
B) a1=a2<a3
C) a1>a2=a3
D) a1<a2=a3
E) a1=a2=a3
Центростремительное ускорение
По рисунку: точка
Следовательно:
D
- Диск равномерно вращается вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O. Определите отношение линейных скоростей точек A и B (vBvA), если OBOA=2.
A) 2
B) 1
C) 4
D) 21
E) 41
Линейная скорость выражается формулой:
Так как угловая скорость
A
- Диск равномерно вращается вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O. Определите отношение центростремительных ускорений (aBaA) точек A и B, если OBOA=2.
A) 4
B) 1
C) 2
D) 21
E) 41
Центростремительное ускорение:
Так как
C
- Диск равномерно вращается вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O. Определите отношение периодов обращения (TBTA) точек A и B, если OBOA=2.
A) 41
B) 2
C) 21
D) 4
E) 1
Период обращения точки диска
Так как весь диск вращается с единой угловой скоростью
E
- Диск равномерно вращается вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O. Определите отношение частот обращения (nBnA) точек A и B, если OBOA=2.
A) 1
B) 2
C) 21
D) 4
E) 41
Частота обращения
Для жесткого вращающегося диска частота обращения не зависит от расстояния до оси вращения, следовательно,
A
- Частота обращения точки A равна 4 c−1. Вычислите частоту обращения точки B.
(На рисунке: радиус первого шкива R, радиус второго шкива 2R).
A) 2 c−1
B) 4 c−1
C) 8 c−1
D) 16 c−1
E) 1 c−1
При ременной передаче линейные скорости точек на ободах обоих шкивов равны (при отсутствии проскальзывания):
Выразим линейную скорость через частоту:
Тогда:
Подставим числовые значения:
A
- Частота обращения точки B 4 c−1. Вычислите частоту обращения точки A.
(На рисунке: радиус первого шкива с точкой A равен R, радиус второго со точкой B равен 2R).
A) 2 c−1
B) 8 c−1
C) 4 c−1
D) 16 c−1
E) 1 c−1
Линейные скорости ободов равны:
Подставим значение:
B
- Какие из соотношений верны для точек A и B диска, вращающегося вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O (a — центростремительное ускорение, v — линейная скорость, n — частота обращения)?
(На рисунке: rA>rB). - aA>aB
- nA=nB
- vA=vB
A) только 3
B) 1 и 2
C) только 1
D) 1 и 3
E) только 2
Поскольку точки
- частоты обращения равны:
(утверждение верно); - линейные скорости:
. Так как , то (утверждение неверно); - центростремительные ускорения:
. Так как , то (утверждение верно).
Верными являются утверждения
B
- Какое из соотношений между количествами оборотов, совершаемых за равные промежутки времени точками 1, 2 и 3, верно?
(На рисунке: шкивы соединены ремнем. Точка 3 на малом шкиве радиуса r, точка 2 на внешнем ободе большого шкива радиуса 2r, точка 1 на внутреннем радиусе r большого шкива).
A) N1<N2=N3
B) N1=N2<N3
C) N1=N2>N3
D) N1=N2=N3
E) N1>N2=N3
Количество оборотов за время
Точки
Шкив с точкой
Так как
Итого:
B
- Два вращающихся диска связаны ременной передачей. Чему равна частота обращения точки 3, если частота обращения точки 1 равна n (r1=r3=r;r2=2r)?
A) 2n
B) 2n
C) 4n
D) 4n
E) n
Точки
Точка
A
- Два вращающихся диска, связаны ременной передачей. Чему равен период обращения точки 3, если период вращения точки 1 равен T (r1=r3=r;r2=2r)?
A) 4T
B) 4T
C) 2T
D) T
E) 2T
Точки
Точки
E
- Два вращающихся диска, связаны ременной передачей. Какое из соотношений между линейными скоростями точек 1, 2 и 3 верно?
(На рисунке: точки 1 и 2 на одном диске с центром O, точка 2 на внешнем радиусе, точка 1 на внутреннем. Точка 2 связана ремнем с точкой 3 на ободе второго диска).
A) v1=v2=v3
B) v1=v2<v3
C) v2=v3>v1
D) v3<v2<v1
E) v1<v2<v3
- Точки
и лежат на ободах шкивов, связанных ремнем без проскальзывания, следовательно, их линейные скорости равны:
- Точки
и находятся на одном общем диске с угловой скоростью . Поскольку , линейная скорость точки больше:
Объединяя соотношения, получаем:
C
- Скорость центра (O) диска, катящегося без проскальзывания, относительно Земли равна v. Чему равна скорость точек A и B диска относительно Земли?
(Точка A — точка контакта с поверхностью, точка B — верхняя точка).
A) vA=vB=2v
B) vA=0;vB=2v
C) vA=0;vB=v
D) vA=v;vB=2v
E) vA=2v;vB=2v
При качении без проскальзывания:
- Нижняя точка
, соприкасающаяся с неподвижной плоскостью, является мгновенным центром скоростей, ее скорость относительно Земли:
- Скорость любой точки диска складывается из скорости центра
и скорости вращательного движения вокруг центра. Для верхней точки эти скорости сонаправлены:
B
- Скорость точки B диска, катящегося без проскальзывания, относительно Земли равна v. Чему равны скорости центра диска (O) и точки A относительно Земли?
A) v0=2v;vA=2v
B) v0=vA=v
C) vA=0;vB=v
D) v0=vA=2v
E) v0=2v;vA=0
При качении без проскальзывания:
- Точка
— мгновенный центр скоростей, поэтому ее скорость относительно Земли равна нулю:
- Скорость верхней точки
в два раза больше скорости центра :
Так как по условию, то скорость центра равна:
E
- Какое соотношение между частотами обращения точек 1, 2 и 3 на дисках, связанных ременной передачей, верно?
(На рисунке: точки 1 и 2 на одном диске, r1<r2. Диск связан ремнем с диском 3, при этом r3<r2).
A) n1=n2=n3
B) n1=n2>n3
C) n1=n2<n3
D) n1>n2=n3
E) n1<n2=n3
Точки
Точки
Поскольку
Следовательно:
C
- Какое соотношение между периодами обращения точек 1, 2 и 3 на дисках, связанных ременной передачей, верно?
A) T1=T2<T3
B) T1=T2>T3
C) T1=T2=T3
D) T1>T2=T3
E) T1<T2=T3
Точки
Так как частота точки
B
- Какое соотношение между угловыми скоростями точек 1, 2 и 3 на дисках, связанных ременной передачей, верно?
A) ω1=ω2=ω3
B) ω1=ω2>ω3
C) ω1=ω2<ω3
D) ω1>ω2=ω3
E) ω1<ω2=ω3
Точки
Линейные скорости ободов равны (
Так как
Значит:
C
- Скорость центра (O) диска радиусом R, катящегося без проскальзывания, относительно Земли равна v. Чему равна скорость точки A относительно Земли?
(По рисунку: точка A находится на ободе диска вертикально сверху).
A) 2v2
B) 2v
C) v2
D) 2v
E) v
Скорость точки
B
- Какое соотношение между модулями центростремительных ускорений точек 1, 2 и 3 на вращающихся дисках, связанных ременной передачей, верно?
A) a1>a2>a3
B) a1<a2=a3
C) a1=a2<a3
D) a1=a2>a3
E) a1<a2<a3
- Для точек
и угловая скорость одинакова: .
Так как, то:
- Для точек
и линейные скорости одинаковы: .
Ускорение:.
Поскольку, то:
Сопоставляя оба результата:
E
- Два вращающихся диска радиусами R1=2 м и R2=4 м связаны ременной передачей. Модуль перемещения точки A на первом диске за определённый промежуток времени SA=4 м. Вычислите модуль перемещения точки B на втором диске за этот же промежуток времени.
A) 22 м
B) 43 м
C) 4 м
D) 42 м
E) 8 м
Точка
Максимально возможное перемещение точки по окружности радиуса
Так как модуль перемещения точки
Длина пути ремня за это время:
Так как ремень движется без проскальзывания, второй диск повернется на такую же длину дуги:
Угол поворота второго диска равен
Модуль перемещения точки
D
- Однородный диск катится без проскальзывания по горизонтальной поверхности. Какие из выражений верны для мгновенных скоростей точек A, O и B относительно Земли (точка O — центр диска)?
A) vB=vO=0;vA=0
B) vB=vO=vA
C) vA=0;vO=2vB
D) vB=2vO;vA=0
E) vB=vO;vA=0
При качении без проскальзывания:
- Точка
находится на мгновенной оси вращения, поэтому . - Скорость центра диска равна
. - Скорость верхней точки
равна сумме скорости центра и скорости вращения относительно центра: .
D
- Шар вращается равномерно вокруг неподвижной оси O1O2, проходящей через его центр. Линейная скорость какой из точек наибольшая?
(Точки: 1, 2, 3, 4, 5. Точка 3 лежит на экваторе шара).
A) 3
B) 4
C) 2
D) 1
E) 5
Линейная скорость точки вращающегося тела:
где
Угловая скорость
Максимальное расстояние до оси вращения имеет точка, лежащая на экваторе — точка
Следовательно, ее линейная скорость наибольшая.
A
- Два диска, связанные ременной передачей, вращаются вокруг осей, проходящих через их центры. Какие соотношения между линейными и угловыми скоростями точек 1, 2 и 3 на дисках, верны?
(Точка 1 на внешнем ободе левого малого диска, точка 2 на внешнем ободе правого большого диска, точка 3 на внутреннем радиусе правого диска). - v1=v2>v3
- v1=v2=v3
- v1>v2>v3
- ω1>ω2=ω3
- ω3>ω2>ω1
- ω1=ω2=ω3
-
Линейные скорости:
Точкии соединены ремнем, следовательно, .
Точкии находятся на одном диске, имеют одинаковую угловую скорость , но радиус точки больше: , поэтому .
Значит,(соотношение верно). -
Угловые скорости:
Посколькуи , угловая скорость левого шкива больше: .
Точкии на одном шкиве: .
Значит,(соотношение верно).
- Значения каких физических величин, соответствующих точкам A и B на шаре, вращающемся вокруг оси O1O2, одинаковы?
- Частоты обращения
- Периода обращения
- Угловой скорости
- Линейной скорости
- Ускорения
Шар вращается как единое твердое тело вокруг неподвижной оси
- угловая скорость
( ); - период обращения
( ); - частота обращения
( ).
Линейная скорость
- Значения каких физических величин, соответствующих точкам A и B на шаре, вращающемся вокруг оси O1O2, различны?
- Частоты обращения
- Периода обращения
- Угловой скорости
- Линейной скорости
- Ускорения
Для точек
Поэтому величины, зависящие от расстояния до оси вращения:
- линейная скорость
( ); - ускорение
( )
будут различными.
- Диски вращаются вокруг осей, проходящих через их центры O1 и O2. Какие из соотношений между линейными скоростями и между периодами обращения точек 1, 2 и 3 верны?
(На рисунке: левый диск имеет радиус 3R, на нем расположены точка 2 на расстоянии 2R и точка 3 на ободе 3R. Правый диск радиуса R содержит точку 1 на ободе. Диски соединены ременной передачей по ободам: внешний обод левого 3R соединен с правым R). - T1=T2=T3
- T1<T2=T3
- T1>T2=T3
- v1=v2=v3
- v1=v3>v2
- v1=v2<v3
-
Анализ линейных скоростей:
Ремень связывает обод левого диска (точка) с ободом правого диска (точка ), следовательно:
Точкии находятся на одном диске: . Так как , то:
Следовательно:
-
Анализ периодов обращения:
Точкии на одном диске, значит их периоды равны:
Для точеки :
Отсюда:
- Какие из соотношений верны для ускорений точек 1, 2 и 3 диска, вращающегося вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O, и для пройденных этими точками путей за одинаковое время?
(Радиусы точек: r1=R, r2=2R, r3=3R). - l3=3l1;l3=2l2;l2=2l1
- l3=3l1;l3=1,5l2;l2=2l1
- l3=l2=l1
- a3=a2=a1
- a3=3a1;a3=2a2;a2=2a1
- a3=3a1;a3=1,5a2;a2=2a1
Все три точки лежат на одном вращающемся диске, значит у них одинаковые угловая скорость
Пройденный путь:
Соотношение между
Значит, верна группа путей:
Центростремительное ускорение:
Также:
Значит, верна группа ускорений:
- Установите соответствие.
Для точек A и B на вращающихся дисках, связанных ременной передачей:
(Радиус левого диска с точкой A равен R, правого с точкой B равен 2R). - Линейная скорость
- Центростремительное ускорение
- Период обращения
a. одинаковы
b. у точки A в 2 раза больше, чем у точки B
c. у точки A в 2 раза меньше, чем у точки B
d. у точки A в 4 раза больше, чем у точки B
e. у точки A в 4 раза меньше, чем у точки B
- Линейные скорости ободов, связанных ременной передачей, одинаковы:
соответствие: a. - Центростремительное ускорение:
Ускорение точкив раза больше, чем у точки соответствие: b. - Период обращения:
Период у точкив раза меньше, чем у точки соответствие: c.
- Установите соответствие.
Для точек A и B на вращающихся дисках, связанных ременной передачей:
(Радиус левого диска R, правого 4R). - Линейная скорость
- Период обращения
- Частота обращения
a. одинаковы
b. у точки A в 2 раза больше, чем у точки B
c. у точки A в 2 раза меньше, чем у точки B
d. у точки A в 4 раза больше, чем у точки B
e. у точки A в 4 раза меньше, чем у точки B
- Линейная скорость:
, одинаковы соответствие: a. - Период обращения:
У точкипериод в раза меньше, чем у точки соответствие: e. - Частота обращения:
У точкичастота в раза больше, чем у точки соответствие: d.
Задания, требующие подробного письменного ответа
- Дан график зависимости угла поворота радиус-вектора длиной 2 м от времени при равномерном движении по окружности.
(По графику: при t=0 c, φ=0 рад; при t=4 c, φ=8 рад).
Постройте график зависимости модуля центростремительного ускорения от времени.
-
Найдем угловую скорость вращения:
-
Так как движение равномерное по окружности, угловая скорость постоянна (
). -
Вычислим модуль центростремительного ускорения:
Центростремительное ускорение с течением времени не изменяется (
График представляет собой горизонтальную прямую линию на уровне
Таблица значений для графика:
График — горизонтальный отрезок прямой линии
- Дан график зависимости угла поворота радиус-вектора от времени при равномерном движении по окружности. Постройте график зависимости угловой скорости от времени.
(По графику: при t=4 c, φ=8 рад).
-
По графику зависимости
определим угловую скорость:
-
Движение равномерное по окружности, поэтому угловая скорость постоянна во времени:
.
График представляет собой горизонтальную прямую линию на уровне.
Таблица значений:
График — горизонтальный отрезок прямой линии
- В таблице приведены значения угловой скорости, линейной скорости и ускорения для точки A диска, равномерно вращающегося вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O. Определите значения соответствующих величин для точки B диска?
(По рисунку: для точки A радиус RA=6 м, для точки B радиус RB=3 м).
| Угловая скорость | Линейная скорость | Центростремительное ускорение | |
|---|---|---|---|
| Точка A | ω | v | a |
| Точка B |
-
Диск вращается как единое твердое тело, следовательно, угловые скорости всех его точек равны:
-
Линейная скорость
.
Отношение радиусов:.
Значит:
-
Центростремительное ускорение
.
Отношение ускорений пропорционально радиусам:
| Угловая скорость | Линейная скорость | Центростремительное ускорение | |
|---|---|---|---|
| Точка |
|||
| Точка |
- Во сколько раз путь, пройденный концом минутной стрелки часов за 30 минут, больше его перемещения (π=3)?
Пусть длина минутной стрелки равна
За
- Путь, пройденный концом стрелки, равен длине полуокружности:
- Перемещение равно расстоянию между начальным и конечным положением конца стрелки (диаметру окружности):
- Найдем отношение пути к перемещению:
в
- Часовая стрелка часов в 2 раза короче минутной стрелки. Вычислите отношение скоростей vчасvмин концов стрелок.
Период обращения минутной стрелки:
Период обращения часовой стрелки:
По условию:
Линейная скорость конца стрелки:
Найдем отношение скоростей:
- Во сколько раз путь, пройденный концом минутной стрелки за 45 минут, больше его перемещения (π=3)?
Пусть длина стрелки равна
За
-
Пройденный путь:
-
Вектор перемещения соединяет концы радиусов, угол между которыми составляет
(так как ):
-
Найдем отношение пути к перемещению:
Если использовать приближение(как в соседней задаче ):
Точное выражение:(или ).
- Скорость точки A, на вращающемся диске, равна v. Вычислите модуль скорости точки B. Ответ обоснуйте.
(По рисунку: диск радиуса R, точка B лежит на краю диска на расстоянии R от центра O, точка A лежит на расстоянии 2R от центра O).
Все точки вращающегося диска имеют одинаковую угловую скорость
Линейная скорость точки на расстоянии
Для точки
Для точки
- Показан график зависимости угла поворота радиус-вектора длиной 2 м от времени при равномерном движении по окружности (π=3).
(По графику: при t=0, φ=0; при t=4 c, φ=8 рад).
Постройте график зависимости модуля линейной скорости конца радиус-вектора от времени.
-
Найдем угловую скорость:
-
Длина радиус-вектора
. Линейная скорость конца вектора:
-
Так как движение равномерное, модуль скорости постоянный:
.
График — горизонтальный отрезок прямой на высотеот до .
Таблица значений:
График — горизонтальный отрезок прямой линии
- Материальная точка движется равномерно по окружности со скоростью 3 м/с. Вычислите среднюю скорость перемещения точки за промежуток времени, равный 41 периода обращения (π=3, 2=1,4).
-
За промежуток времени
точка поворачивается на угол .
Модуль перемещения равен длине хорды, стягивающей четверть окружности:
-
Свяжем радиус и период со скоростью движения:
-
Средняя скорость перемещения определяется как:
Подставим выражение для
- Подставим числовые значения (
, , ):
- Расстояние между точками A и B диска, равномерно вращающегося вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр O, равно 20 см, а разность между их линейными скоростями 0,8 м/с. Вычислите угловую скорость диска.
Линейная скорость точки диска равна
По рисунку точки
Разность их линейных скоростей:
Отсюда угловая скорость:
- Два диска связаны ременной передачей. Центростремительное ускорение точки K на одном из дисков равно 2 м/с2. Вычислите центростремительные ускорения точек L и M на другом диске.
(По рисунку: левый диск радиуса 2r несет на ободе точку K; правый шкив состоит из двух соосных дисков радиусами r (точка L) и 3r (точка M); ремень натянут между ободом 2r левого диска и ободом r правого диска).
-
Ремень соединяет точку
(на радиусе ) и точку (на радиусе ).
Линейные скорости ободов равны:
Центростремительное ускорение:.
Тогда:
-
Точки
и находятся на одном жестко скрепленном диске, следовательно, их угловые скорости одинаковы ( ).
Ускорение:.
Тогда:
