Angebundener Ball - Zentripetalkraft

Ich lerne Physik an der Khan-Akademie und bin auf eine Aufgabe gestoßen, die ich nicht vollständig verstehen kann, und ich bin eine Art Person, die das Studium nicht fortsetzen kann, bis alles, was ich gelesen habe, vollkommen klar ist.

Diese Aufgabe sagt

Wenn M 1 ist ein 1   k G Massenrotation in einem Radiuskreis 1 Meter und M 2 = 4   k G . Wie groß ist die Winkelgeschwindigkeit unter der Annahme, dass sich keine Masse vertikal bewegt und die Reibung zwischen Saite und Rohr minimal ist?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aus dem Problem geht nicht hervor, wie M 1 geht in einem horizontalen Kreis herum. Eine Möglichkeit ist, dass sie das Bild falsch gezeichnet haben. Eine andere Möglichkeit ist, dass sie sich ein einfacheres Problem vorstellen, bei dem M 1 gleitet tatsächlich auf einem reibungsfreien Tisch im Kreis herum, wobei das Seil durch ein Loch in der Mitte des Tisches geht. Sie lösten die Aufgabe so, dass die Schwerkraft wirkt M 2 (Gegengewicht) ist gleich der Zentripetalkraft ( F G = F C P )

Ich verstehe, dass, wenn dieser Ball auf einen reibungsfreien Tisch gelegt wird und ich mit etwas Kraft darauf einwirke, er sich in Kreisen zu drehen beginnen würde, und ja, die Spannung der Saite würde eine Zentripetalkraft liefern, und wenn es keinen Luftwiderstand gibt, würde er sich für immer drehen , aber was ich nicht verstehe, ist, warum die Zentripetalkraft gleich der auf sie wirkenden Schwerkraft ist M 2 . Warum konnte die Zentripetalkraft nicht kleiner sein als die F G das wirkt auf M 2 (Gegengewicht)? Es würde sich immer noch im Kreis drehen.

Link zu einer Aufgabe - https://www.khanacademy.org/science/physics/centripetal-force-and-gravitation/centripetal-forces/a/what-is-centripetal-force

Re: "Was ich nicht verstehe, ist, warum die Zentripetalkraft gleich der Schwerkraft ist, die auf m2 wirkt." Jedes Mal, wenn Sie in einer Physikübung eine "Schnur" oder ein "Seil" oder eine "Kette" sehen, sollten Sie davon ausgehen Die Spannung ist überall entlang ihrer Länge gleich, es sei denn, sie geben Ihnen guten Grund, etwas anderes zu denken.
PS, ich stimme zu. Uneindeutig erscheint die Frage, ob man die auf m1 wirkende Schwerkraft berücksichtigen soll oder nicht. Es will offensichtlich , dass man die Gravitationskraft auf m2 berücksichtigt, und das Bild zeigt keinen Grund (z. B. eine reibungsfreie Tischplatte), warum man nicht auch davon ausgehen sollte, dass die Gravitation auf m2 wirkt.
Du überdenkst das. Sie möchten einfach, dass Sie die Winkelgeschwindigkeit berechnen, die erforderlich ist, um eine Zentripetalkraft von 4 g zu entwickeln. Vergessen Sie Reibung, Schwerkraft auf der rotierenden Kugel usw. All das ist für das Grundproblem nicht relevant. Wenn die Zentripetalkraft weniger als 4 g beträgt, dh es dreht sich nicht schnell genug, dann wird das 4-kg-Gewicht den Ball in das Rohr ziehen.
Stimmen Sie dem „Überdenken“ nicht zu. Der Student wird in eine unmögliche Position gebracht, weil das Diagramm wie eine physikalische Unmöglichkeit erscheint. Wie kann man das Gewicht sinnvoll berücksichtigen M 2 aber nicht von M 1 ?
Antwort auf Norm: Aber in der Aufgabe heißt es, dass sich keine Masse vertikal bewegt, also warum sollte Masse 2 den Ball ziehen. Wenn die Masse 2 (Gegengewicht) beispielsweise nur auf dem Boden liegt und Masse 1 auf einem reibungsfreien Tisch liegt, bewegt sich Masse 1 nicht, bis eine äußere Kraft einwirkt, oder? Es ist ein bisschen spät, ich werde versuchen, das morgen zu lösen.
Auf Masse 2 wirken zwei Kräfte. Diese beiden Kräfte gleichen sich aus, sodass sich die Masse 2 nicht bewegt. Erinnern, 0 Beschleunigung bedeutet nur keine Nettokraft, es bedeutet überhaupt keine Kräfte. Ich stimme auch zu, dass Masse 1 auf einer reibungsfreien Oberfläche sein sollte. Warum sagst du, dass Masse 2 auf dem Boden liegt?
Wenn also m2 (Gegengewicht) in der Luft ist und m1 reibungsstabil ist, muss m1 die gleiche Zentripetalkraft haben wie Fg von m2, denn wenn die Zentripetalkraft kleiner als Fg (von Masse2) (Fcp<Fg) ist, würde der Ball bekommen in das Rohr gezogen und wenn die Zentripetalkraft größer als Fg von m2 ist (Fcp > Fg), würde Masse 2 nach oben gehen und das Rohr zuschlagen. Und im Text steht, dass sich keine Masse bewegt oder sich vertikal bewegt, also muss Fg = Fcp sein. Ich glaube, ich verstehe es jetzt.

Antworten (1)

Sie haben Recht: Das Diagramm ist unrealistisch. Das gesamte Problem lässt viele wichtige Informationen aus. Es ist eine sehr enttäuschende Anstrengung von einer so bekannten Lehrstätte.

Masse M 1 scheint sich nicht auf einem reibungsfreien horizontalen Tisch zu bewegen - obwohl dies eine vernünftige Annahme wäre. Es muss angenommen werden, dass die Schwerkraft auf die Masse wirkt M 2 sonst könnte es keine Zentripetalkraft geben. Und der vorhergehende Absatz bezieht sich auf M 2 als Gegengewicht . Die Schwerkraft muss wirken M 1 Auch. Ohne einen Tisch zum Ausruhen, Masse M 1 würde sich nicht in einem perfekt horizontalen Kreis drehen, egal wie schnell es sich bewegte. Die Saite würde immer um einen kleinen Winkel nach unten geneigt sein (siehe Kegelpendel ). Allein aus diesem Grund wäre die Zentripetalkraft tatsächlich geringer als das Gegengewicht.

Das Rohr hat eine abgerundete Öffnung oder Glocke , die es der Saite wie einer Rolle ermöglicht, die Richtung reibungslos zu ändern. Die Implikation ist, dass das Rohr reibungsfrei ist und dass die Spannung in beiden Abschnitten der Saite gleich ist. Wenn die Haftreibung einbezogen würde, könnte die Spannung im nahezu horizontalen Abschnitt der Saite größer oder kleiner sein als im vertikalen Abschnitt, da die Reibung in beide Richtungen wirken könnte.

Die Glocke öffnet sich horizontal. Vielleicht wollte die Person, die sich die Frage ausgedacht hat, sicherstellen, dass die Saite horizontal bleibt, wenn sie den Kontakt mit der Glocke, also dieser Masse, verlässt M 1 garantiert eine horizontale Kreisbewegung. Wenn ja, ist dies eine naive Annahme, die falsch ist. Die Saite ändert am Rand, wo sie nicht mehr von der Glocke getragen wird, abrupt ihre Richtung.

Das wird schließlich nicht gesagt M 2 frei hängt, aber das scheint impliziert zu sein. Wie M 1 , Gegengewicht M 2 könnte auch auf einer unsichtbaren horizontalen Fläche ruhen, so dass ein Teil seines Gewichts durch die normale Kontaktkraft ausgeglichen wird.

Die Länge der Zeichenfolge ist festgelegt, und das Problem besagt dies M 1 bewegt sich also im Kreis M 2 bewegt sich nicht vertikal. Es wird durch die nach oben gerichtete Spannung in der Saite und die nach unten gerichtete Schwerkraft im Gleichgewicht gehalten. Davon muss man nicht ausgehen M 2 ruht auf einer horizontalen Fläche. Die Tatsache, dass M 2 sich nicht vertikal bewegt (dh, dass es nicht fällt), bedeutet nicht, dass es auf einer horizontalen Oberfläche ruht, die es am Fallen hindert.

Angebundener Ball - Zentripetalkraft
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