Moto di puro rotolamento su un piano inclinato esercizio
Avrei bisogno di una mano con questo esercizio:
Un cilindro omogeneo abbandonato in quiete sulla sommità di un piano inclinato( $ theta $ =45°).
1) Determinare il minimo coefficiente d'attrito affinche si abbia un moto di puro rotolamento.
2) Assumendo un coefficiente d'attrito doppio rispetto a quello trovato, si determini in quanto tempo il cilindro raggiunge la base del piano inclinato da un'altezza h=1m
Per quanto riguarda 1):
ho scomposto le forze che agiscono sul corpo
x: $ mgsen theta - f= ma_(cm) $
y: $ N=mgcos theta $
Dal teorema del momento angolare M=I $ alpha $=rf calcolo, mettendo a sistema con l'equazione lungo x,
$ f=(1)/(3) mgsen theta $ con $ I= (1)/(2) mr^2 $
Affinche il corpo sia di puro rotolamento impongo che f$ <= mu_sN $ cioè $ mu_s>= (1)/(3)tg theta $
E qui mi blocco. per il 2) non riesco proprio a capire se c'è un particolare modo di ragionare o semplicemente mi trovo $ a_(cm) $ e poi da lì il moto (che poi dovrei considerare come moto rettilineo?)
Please, ho un assoluto bisogno di aiuto. Grazie in anticipo.
Un cilindro omogeneo abbandonato in quiete sulla sommità di un piano inclinato( $ theta $ =45°).
1) Determinare il minimo coefficiente d'attrito affinche si abbia un moto di puro rotolamento.
2) Assumendo un coefficiente d'attrito doppio rispetto a quello trovato, si determini in quanto tempo il cilindro raggiunge la base del piano inclinato da un'altezza h=1m
Per quanto riguarda 1):
ho scomposto le forze che agiscono sul corpo
x: $ mgsen theta - f= ma_(cm) $
y: $ N=mgcos theta $
Dal teorema del momento angolare M=I $ alpha $=rf calcolo, mettendo a sistema con l'equazione lungo x,
$ f=(1)/(3) mgsen theta $ con $ I= (1)/(2) mr^2 $
Affinche il corpo sia di puro rotolamento impongo che f$ <= mu_sN $ cioè $ mu_s>= (1)/(3)tg theta $
E qui mi blocco. per il 2) non riesco proprio a capire se c'è un particolare modo di ragionare o semplicemente mi trovo $ a_(cm) $ e poi da lì il moto (che poi dovrei considerare come moto rettilineo?)
Please, ho un assoluto bisogno di aiuto. Grazie in anticipo.
Risposte
sono d'accordo sul fatto che debba essere $mu_S geq 1/3$
a questo punto,supponendo che il cilindro rotoli,applichiamo la conservazione ell'energia meccanica
$mgh'+K=mgh$
dove $h'$ è la generica quota alla quale si trova il cilindro e $K=1/2mv^2+1/2Iomega^2=1/2mv^2+1/2cdot1/2mr^2(v^2)/(r^2)=3/4mv^2$ con $v$ velocità del centro di massa
detto $x$ lo spazio percorso ,si ha $h-h'=xsintheta$,cioè $h'=h-xsintheta$
allora,
$mgxsintheta=3/4mv^2$ ,cioè $gxsintheta=3/4v^2$
derivando entrambi i termini ,si ha
$gvsintheta=3/4cdot 2va=3/2va$
semplificando $v$ ,il centro di massa si muove di moto rettilineo uniformemente accelerato con $a=2/3gsintheta=(sqrt2)/3g$
a questo punto,supponendo che il cilindro rotoli,applichiamo la conservazione ell'energia meccanica
$mgh'+K=mgh$
dove $h'$ è la generica quota alla quale si trova il cilindro e $K=1/2mv^2+1/2Iomega^2=1/2mv^2+1/2cdot1/2mr^2(v^2)/(r^2)=3/4mv^2$ con $v$ velocità del centro di massa
detto $x$ lo spazio percorso ,si ha $h-h'=xsintheta$,cioè $h'=h-xsintheta$
allora,
$mgxsintheta=3/4mv^2$ ,cioè $gxsintheta=3/4v^2$
derivando entrambi i termini ,si ha
$gvsintheta=3/4cdot 2va=3/2va$
semplificando $v$ ,il centro di massa si muove di moto rettilineo uniformemente accelerato con $a=2/3gsintheta=(sqrt2)/3g$