Естественные науки

Задачка по физике с решением пожалууйста

Человек массы m стоит на краю горизонтального однородного диска массы M и радиуса R, который может свободно вращаться вокруг неподвижной вертикальной оси, проходящей через его центр. В некоторый момент времени человек начал двигаться по краю диска, совершил перемещение на угол b1; относительно диска и остановился. Пренебрегая размерами человека, найти угол, на который повернулся диск к моменту остановки человека.
Слушай меня, девочка, слушай внимательно. Они станут давать тебе информацию для наших. Торгуйся, требуй гарантий.. . Так.. . что-то я путаю.. . А!

Слушай сюда. Есть такой закон -- закон сохранение момента импульса. Физическая величина, момент импульса, сохраняется в замкнутой системе. Момент импульса, величина относящаяся к задачам с вращением, аналогична импульсу для задач с линейным движением. Строго говоря, импульс -- это вектор равный произведению массы на линейную скорость тела, а момент импульса -- вектор равный произведению момента инерции (аналога массы для вращения) на угловую скорость: L=I*w (w -- это "омега", угловая скорость) .

Замкнутая система в данном случае -- человек плюс диск. А момент импульса в системе есть сумма момента импульса человека и момента импульса диска L=L_д + L_ч. В начале задачи этот момент импульса всей системы был равен нулю (потому что диск не вращался, и человек не двигался) . И когда человек остановился, то L=0. Но, что самое интересное, пока человек шёл по карусели, L тоже был равен нулю! Потому что, когда человек шёл по диску, он толкал его ногами, и диск вращался в противоположную сторону ровно с такой скоростью, чтобы выполнялось L_д=-L_ч (потому что диск учился в школе и знает про закон сохранения импульса) . И вот это условие поможет решить задачу.

Момент инерции материальной точки (которой мы аппроксимируем человека в этой задачи) равен I_ч=m*R^2, где m -- масса этой точки, а R -- расстояние от оси, относительно которой точка вращается, до точки. Момент инерции диска равен I_д=(1/4)*M*R^2, где M -- масса диска, а R -- его радиус. Обозначим w_ч угловую скорость человека, а w_д -- угловую скорость диска. По закону сохранения импульса,
L=I_ч*w_ч+I_д*w_д=0,
значит, w_д=-w_ч*I_ч/I_д.

Предположим, что движение было равномерным, т. е. пока человек шёл, его скорость не менялась во времени (это предположение делается для простоты и не влияет на результат) . Следовательно, угол b1 человек прошёл за время t=b1/w_ч.

А теперь ты сама можешь вычислить, на какой угол повернулся диск. Если угловая скорость была w_д, а время вращения равно t, то пройденный угол равен b=w_д*t (аналогично тому как линейная скорость умноженная на время даёт пройденное расстояние, понимаешь?) . Подставь полученные выше формулы и упрости. В конечном результате должны оставаться только величины m, M и b1.
Максим Селиверстов
Максим Селиверстов
2 987
Лучший ответ
Всё классно, только момент инерции диска - MR**2/2 (не на 4)