Γιατί το κέντρο μάζας βρίσκεται στο κέντρο ομογενούς ράβδου;

Γιατί μας ενδιαφέρει Γιατί το κέντρο μάζας βρίσκεται στο μέσο μιας ομογενούς ράβδου και όχι σε κάποιο άλλο σημείο της ράβδου; Στη συνέχεια υπάρχει μια απόδειξη-άσκηση.

Στην Εικόνα φαίνονται τέσσερα πανομοιότυπα σώματα συνδεμένα μεταξύ τους. Τα σώματα μπορούν να κινούνται χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο. Στο \Sigma_4 ασκείται οριζόντια δύναμη \vec{F}. Το σημείο Κ βρίσκεται στο μέσο της διάταξης των τριών σωμάτων. Να αποδείξετε ότι: Το Κ κινείται όπως ένα υλικό σημείο με μάζα ίση με την ολική μάζα των τεσσάρων σωμάτων, αν σε αυτό δρούσε η δύναμη \vec{F}.

Απάντηση

Στην Εικόνα έχουμε σχεδιάσει τις δυνάμεις που ασκούνται σε κάθε σώμα, αφού έχουμε λάβει υπόψη μας τον 3ο νόμο του Νεύτωνα. Για κάθε σώμα από τον 2ο νόμο του Νεύτωνα προκύπτει:

F_1=ma_1
F_2-F_1=ma_2
F_3-F_2=ma_3
F-F_3=ma_4

Προσθέτοντας κατά μέλη τις προηγούμενες σχέσεις προκύπτει:

F=m(a_1+a_2+a_3+a_4)\,\,\,\,(1)

Επειδή οι θέσεις των \Sigma_1 και \Sigma_4 ισαπέχουν από το μέσο Κ, έχουμε:

x_K-x_1=x_4-x_K

Ομοίως:

x_K-x_2= x_3-x_K

Προσθέτοντας κατά μέλη τις δύο προηγούμενες σχέσεις προκύπτει:

2x_K-x_1-x_2=x_3+x_4-2x_K\Rightarrow
x_1+x_2+x_3+x_4=4x_K\Rightarrow
v_1+v_2+v_3+v_4=4v_K\Rightarrow
a_1+a_2+a_3+a_4=4a_K\,\,\,\,(2)

Από την (1) και τη (2) προκύπτει:

F=4ma_K

Συμπέρασμα Το Κ κινείται όπως ένα υλικό σημείο με μάζα ίση με την ολική μάζα των τεσσάρων σωμάτων, αν σε αυτό δρούσε η δύναμη \vec{F}. Δηλαδή το κέντρο μάζας του συστήματος των τεσσάρων σωμάτων βρίσκεται στο μέσο της διάταξης.

Παρατήρηση Με παρόμοιο τρόπο μπορούμε να αποδείξουμε ότι το Συμπέρασμά μας εφαρμόζεται σε μια ομογενή ράβδο: Αρκεί να χωρίσουμε τη ράβδο σε στοιχειώδη τμήματα και να εφαρμόσουμε την προηγούμενη διαδικασία.



Discover more from Πρότυπα Θέματα Φυσικής

Subscribe to get the latest posts sent to your email.

Απάντηση

Discover more from Πρότυπα Θέματα Φυσικής

Subscribe now to keep reading and get access to the full archive.

Continue reading

Discover more from Πρότυπα Θέματα Φυσικής

Subscribe now to keep reading and get access to the full archive.

Continue reading