Testi dei Problemi
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Sferette estremi barretta
Uomo su piattaforma
Disco rotante in piano verticale
Disco rotante con massa appesa
Sulla macchina di Atwood
Cilindro scende legato a nastro
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Massa rotante su piano orizz.
Seconda legge di Keplero
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Questa pagina contiene tutti i testi dei problemi risolti nel Web DINAMICA ROTAZIONALE

Testi dei problemi affrontati
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Problema_1- (Sferette estremi barretta)
Due sfere puntiformi collocate agli estremi di una barretta che ruota senza attrito in un piano orizzontale. Conoscendo la velocità angolare w
determinare il momento d’inerzia del sistema delle due masse, l’energia cinetica.
...le masse vengono avvicinate al centro di rotazione....Determinare i valori della velocità angolare e dell'energia cinetica del sistema.
Approfondimento-
Determinare il lavoro compiuto dalle forze applicate per avvicinare le lue masse. 

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Problema_2- (Uomo su piattaforma)
Un uomo di massa 70Kg si trova sul bordo di una piattaforma circolare di raggio R=2m e di massa M=180Kg. Il sistema ruota con velocità di 20 giri/min. Ad un certo punto l’uomo decide di avvicinarsi di 50cm al centro della piattaforma.
 
Determinare la nuova velocità angolare del sistema rotante e la variazione di energia cinetica.

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Problema_3-(Disco rotante in piano verticale)
Un disco omogeneo di massa M e raggio R è vincolato a ruotare intorno ad un asse perpendicolare al piano del disco passante per il centro. Determinare l’accelerazione tangenziale di un punto sul bordo del disco quando allo stesso si applica una tensione T come in figura.

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Problema_4 -(Disco rotante con massa appesa)
Una massa m è appesa ad una funicella di massa trascurabile avvolta intorno ad un disco di massa M come in figura. Determinare      l’accelerazione a con cui scende  la massa m; il valore della tensione T;  la velocità acquistata dalla massa dopo essere scesa di un tratto Dh. Verificare il bilancio energetico per il sistema meccanico.

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Problema_5 -(Sulla macchina di Atwood)
 
Nel sistema meccanico indicato in figura la ruota ha massa M=2Kg, è omogenea e può ruotare senza attrito intorno all’asse passante per il suo centro e perpendicolare al piano del disco ideale (rappresentato dalla ruota); inoltre m1=M, m2=0.5M, la funicella è inestensibile e di massa trascurabile. Il sistema è inizialmente fermo. a)Determinare l’accelerazione con cui scende la massa m1 e le tensioni della funicella quando il sistema è lasciato libero. b) Determinare l’energia cinetica della ruota quando la massa m2 scende di un tratto L=1m. c) Verificare il bilancio energetico.

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Problema_6 -(Cilindro scende legato a nastro)
Un cilindro omogeneo di massa M e raggio R reca avvolta sulla sua superficie una cordicella di massa trascurabile. Legando un estremo della cordicella ad un gancio si lascia cadere il cilindro lungo la verticale (Vedi Figura a lato).
a)     Trovare la tensione della cordicella durante la discesa.
b)    Determinare l’accelerazione con cui scende il centro del cilindro.
c)     Trovare la velocità del centro di massa del cilindro dopo che si è slegato un tratto di lunghezza h della cordicella.
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Problema_7 -(Sfera e cilindro su piano inclinato)
Una sfera omogenea di raggio R=3cm e massa M=50g ed un cilindro cavo avente la stessa massa e lo stesso raggio rotolano su un piano inclinato di 10° rispetto al piano orizzontale per un tratto di 1,2m. Determinare le velocità dei centri di massa dei due corpi quando giungono alla base del piano inclinato.
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Problema_8 -(Massa rotante su piano orizzontale)
Un corpo di massa m = 50g è legato ad un filo di massa trascurabile e ruota su un tavolo piano orizzontale, privo d’attrito, descrivendo una traiettoria circolare di centro il punto O (vedi figura). Sapendo che il raggio della circonferenza misura 72cm e che la velocità angolare è di 30 giri/min, risolvere i seguenti quesiti.

1)  Determinare il modulo della forza F esercitata sul filo che garantisce il moto.
2)  Supponendo che si sposti il punto d’applicazione della forza verso il basso di 12 cm, determinare il valore della velocità angolare con cui descriverà la nuova traiettoria la massa m. Determinare il valore della forza F2 che nella nuova posizione garantisce il moto circolare.

3) Determinare il lavoro che la forza F deve compiere affinché il raggio della traiettoria si riduca alla metà del valore iniziale.
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Altri problemi risolti
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Problema - Una barretta omogenea di massa M, lunghezza L e spessore trascurabile è vincolata a ruotare intorno al suo estremo A come indicato in figura. Inizialmente, sostenuta da un filo, è in posizione orizzontale. Sulla parte superiore del secondo estremo è collocata una moneta.
a)     Determinare l’accelerazione tangenziale con cui inizia a muoversi l’estremo B quando è tagliato il filo e confrontarla con l’accelerazione con cui cade la moneta.
b)    Confrontare il modulo della velocità dell’estremo B quando raggiunge la posizione più in basso con quella raggiunta dalla moneta alla stessa quota.

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Problema - Un pendolo fisico è costituito da un’asticella omogenea di lunghezza e massa M incernierata in suo estremo nel punto O. All’altro estremo è fissato un disco omogeneo di massa M, raggio , con l’estremo della barretta coincidente con il centro C del disco; il piano del disco è quello verticale in cui oscilla insieme alla barretta.
a)  Determinare il periodo d’oscillazione del pendolo.
b)  Nell’ipotesi che un orologio a pendolo funzioni con il meccanismo indicato, valutare l’eventuale errore nelle 24 ore di un giorno.

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Problema- Un’asta rigida AB di lunghezza L e massa M, può ruotare in un piano verticale intorno al suo estremo A vincolato tramite un perno ad un supporto e reca all’estremità libera un altro corpo C1 di massa M. L’asta è mantenuta in equilibrio in posizione orizzontale tramite un filo, come indicato in figura. Lasciata libera ruota senza attrito e giunta in posizione verticale urta elasticamente un secondo corpo C2 avente ancora massa M. Determinare:
 
1)  La velocità angolare dell’asta immediatamente prima di urtare il corpo C2 .
2)  La velocità angolare dell’asta dopo l’urto e la velocità con cui parte il corpo C2.

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Problema - Un’asta rigida AB di lunghezza L e massa M, può ruotare in un piano verticale intorno al suo estremo A vincolato tramite un perno ad un supporto. All’estremità B libera ed al centro O sono bloccate altre due masse di intensità M/2. L’asta è mantenuta in equilibrio in posizione orizzontale tramite un filo, come indicato in figura. Lasciata libera ruota senza attrito. Determinare la velocità angolare dell’asta e la velocità del centro di massa del sistema meccanico quando la direzione dell’asta forma con la verticale per A un angolo q  

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Problema-Un disco di massa M=0,5Kg, raggio R=20 cm, rotola su un pavimento orizzontale ed il suo centro ha velocità v=2m/s. Determinare l’energia cinetica del disco e la velocità angolare intorno all’asse baricentrale  perpendicolare al piano del disco. Clic per la discussione del problema
Problema - Un disco omogeneo di massa M e raggio R  può ruotare intorno al punto A del bordo in un piano verticale. Inizialmente il suo centro O è alla stessa altezza del punto A ed il disco è fermo. Supponendo di lasciare libero di ruotare il disco, determinare:
a)  la velocità del suo centro O quando questo raggiunge la quota più in basso;
b)   la velocità del punto B del bordo del disco che si trova alla quota più bassa.
Trascurare ogni forma di attrito.
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Problema-Consideriamo una sfera di massa M e raggio R collocata alla sommità di un piano inclinato di altezza h rispetto al piano orizzontale che viene lasciata libera. Se il piano presenta attrito la sfera scendendo rotolerà ed acquisterà  energia cinetica di traslazione ed energia cinetica di rotazione in virtù dell’energia potenziale gravitazionale Mgh di cui è in possesso rispetto al piano orizzontale.Vogliamo determinare la velocità del centro di  massa quando la sfera giunge alla base del piano. Clic per la discussione del problema

Enunciato della seconda legge di Keplero
 (legge delle aree)

“Per ogni pianeta che orbita intorno al Sole il raggio vettore avente come primo estremo il sole e come secondo estremo il pianeta descrive aree uguali in tempi uguali.-(Vai alla discussione)

Clic per la dimostrazione della legge

Problema-Una piattaforma circolare di massa M e raggio R ruota senza attrito intorno ad un asse passante per il suo centro O in un piano orizzontale con velocità angolare . Un uomo di massa m si trova nel centro della piattaforma e ad un certo punto comincia a muoversi radialmente dirigendosi verso il bordo della piattaforma. Arrivato sul bordo comincia a correre con velocità in verso opposto a quello nel quale ruota la piattaforma ed il modulo della velocità è tale che l'uomo risulta fermo rispetto al suolo. Risolvere i seguenti quesiti:
1) Determinare il momento angolare e l’energia meccanica del sistema uomo+piattaforma quando l’uomo è collocato nel centro O.
2)  Determinare la velocità angolare con cui ruota il sistema uomo+piattaforma, nonché l’energia meccanica, nell’istante in cui l’uomo raggiunge la posizione estrema sul bordo.
3)  Determinare la velocità angolare della piattaforma, la velocità dell’uomo rispetto alla piattaforma e l’energia cinetica del sistema rotante mentre l’uomo corre sul bordo della piattaforma.
Determinare i valori richiesti delle grandezze nel caso particolare in cui M=180 Kg, m=70Kg, w0=20giri/min

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Problema -Un ciclista percorre una strada larga 8 metri procedendo lungo la linea mediana alla velocità di 28,8Km/h. Un osservatore è sul ciglio della strada ed osserva il moto. Sapendo che la massa del ciclista è di 60 Kg determinare:

1)       Il momento angolare del ciclista rispetto all’osservatore nell’istante in cui gli passa davanti      ( Posizione P1).

2)        Le componenti cartesiane del vettore posizione del ciclista rispetto all’osservatore nel momento in cui il ciclista si trova ad 8m di distanza da O (Posizione P2). Considerare il ciclista come puntiforme.

3)      Determinare l’espressione vettoriale del momento angolare del ciclista rispetto all’osservatore quando è nella posizione P2 servendosi del riferimento cartesiano ortogonale illustrato nella figura ed assumendo come terzo asse cartesiano quello perpendicolare al piano del foglio ed uscente da questo.

4)        Indicare come si esegue analiticamente l’operazione di prodotto vettoriale tra il vettore posizione OP2 ed il vettore quantità di moto del ciclista nella posizione P2.

5)          Siano A,B,C,D quattro successive posizioni occupate dal ciclista rispettivamente negli istanti tA, tB, tC, tD . Nell’ipotesi che gli intervalli di tempo [tA; tB], [tC; tD] abbiano la stessa durata , determinare le aree dei triangoli OAB, OCD, essendo O la posizione dell’osservatore ( origine di riferimento degli assi cartesiani). 

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Problema-Quando un’automobile si muove con velocità V che relazione esiste tra l’energia rotazionale immagazzinata dalle ruote e la totalità dell’energia cinetica di traslazione? Clic per la discussione del problema
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