질량 m, 길이 L인 막대 4개의 끝을 연결해서 정사각형을 만든 후 중앙을 통과하는 축에 대해 회전을 시킨다. 막대와 막대를 연결하는 지점(꼭짓점)에 작용하는 힘의 크기는?

1. mLω2/2
2. mLω2/√2
3. mLω2
4. √2mLω2
5. 2mLω2
* https://kipl.tistory.com/447의 풀이:
더보기
수직과 이루는 각이 θ일 때 질량중심이 반지름 r=L/2인 원 위에 있음을 고려하면(x=rsinθ,y=rcosθ)하면 막대의 운동에너지는 질량중심의 원운동과 질량중심에 대한 회전운동이 기여하므로
K=12m(r˙θ)2+12mr23(˙θ)2=12m(r˙θ)2(1+η), η=13
이다. θ일 때 위치에너지의 감소가 ΔU=mgr(1−cosθ)이므로,
12m(r˙θ)2(1+η)=mgr(1−cosθ)
따라서 질량중심의 속력은
v=r˙θ=√2gr1+η√1−cosθ=√3gr2√1−cosθ
막대가 벽에서 떨어지면 수평방향의 외력이 사라지므로 수평 속도 성분은 일정해지고 또 최댓값을 갖는다.
Nw=0 ⇔ vx=vcosθ=max
dvx/dθ=0에서 벽에서 분리되는 각도는
cosθ=23 or θ≈48.2∘
로 주어짐을 알 수 있다. 그리고 그때 수평속도는
max(vx)=√2gr3=√gL3
으로 주어진다.
728x90
'Physics > 역학' 카테고리의 다른 글
운동을 시작한 직후 가속도는? (0) | 2022.03.16 |
---|---|
차의 속력은? (0) | 2022.03.15 |
줄이 팽팽해진 직후 물체의 속력은? (0) | 2022.03.14 |
각도의 시간 의존성은? (0) | 2022.02.26 |
설현은 수지를 따라 잡을 수 있을까? (0) | 2022.02.25 |