v2.0.9792.42761
Fizyka dla każdego
Wahadła fizyczne, wybór osi i pomiary bezwładności · 1 min czytania

Kąt w stopniach: statyczna kalibracja zawieszenia skrętnego

Opublikowano: 25.10.2026
Wyślij link e-mailem Własna poczta Komentarze: 0

Siła 0,040 N działająca stycznie na ramieniu 0,050 m utrzymuje zawieszenie skrętne w równowadze przy kącie 5,00° względem swobodnej orientacji. Wyznacz κ. Następnie oblicz okres po puszczeniu układu, którego całkowity moment bezwładności względem pionowej osi wynosi 0,00150 kg·m². Przyjmij liniowy zakres sprężystości i pomijalne tłumienie. Wyjaśnij, co jest błędne w zapisie κ = 0,002/5 N·m/rad.

Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
Wskazówka

Moment zewnętrzny to Fr, ponieważ siła jest styczna. Przed podzieleniem przez kąt zamień stopnie na radiany. Moment 0,00150 kg·m² obejmuje już całą obracającą się część.

Rozwiązanie

1. Równowaga momentów

Siła jest prostopadła do ramienia, więc M=Fr=0{,}040\cdot0{,}050=0{,}00200\ \mathrm{N\,m}. W równowadze moment sprężysty ma tę samą wartość i przeciwny zwrot. Nie mnożymy dodatkowo przez sin 5°: kąt 5° opisuje skręcenie zawieszenia, a nie kąt siły względem ramienia.

2. Sztywność odniesiona do radiana

\theta=5{,}00^\circ\frac\pi{180^\circ}\approx0{,}0872665\ \mathrm{rad},\qquad \kappa=\frac{0{,}00200}{0{,}0872665}\approx0{,}02292\ \mathrm{N\,m/rad}.

Dzielenie przez liczbę 5 daje 0,000400 N·m na stopień. To może być poprawna jednostka opisowa, ale nie wolno podpisać jej „na radian” ani bez przeliczenia wstawić do równania ruchu z θ w radianach. Jeden radian obejmuje około 57,3 stopnia.

3. Okres drgań

T=2\pi\sqrt{\frac I\kappa}=2\pi\sqrt{\frac{0{,}00150}{0{,}0229183}}\approx1{,}607\ \mathrm s.

Używamy całkowitego momentu podanego w zadaniu. Nie dodajemy po raz drugi momentu platformy. Wynik dotyczy tego samego liniowego zawieszenia; sam pomiar jednego statycznego kąta nie dowodzi, że κ pozostaje stałe dla dowolnego skręcenia.

4. Kontrola znaku i jednostki

Przy puszczeniu z dodatniego kąta moment ma znak ujemny i początkowe przyspieszenie zmniejsza θ. Iloraz I/κ ma jednostkę s². Ciężar nie występuje we wzorze na okres, ponieważ idealny obrót odbywa się wokół pionowej osi bez zmiany wysokości środka masy. Zastąpienie κ przez mgh opisywałoby inny rodzaj wahadła.

Powiązana teoria

Wahadło skrętne: wyznacz moment bezwładności z różnicy kwadratów okresów

Dalsza lektura

Materiał referencyjny

Platforma z dodatkowym przedmiotem

Najpierw przewiduj: Podwój moment bezwładności całego układu. Sprawdź, czy okres podwaja się, czy rośnie inaczej. Porównuj kwadraty okresów.

Zmieniaj jedną wielkość i porównuj wyniki

Ruch uruchamiasz samodzielnie. Esc zatrzymuje animację; suwaki i przycisk „Jeden krok” pozwalają oglądać kolejne chwile bez odtwarzania.

Zawieszenie skrętne i wyznaczanie momentu bezwładności z okresu.
Zawieszenie skrętne i wyznaczanie momentu bezwładności z okresu. Wybierz rysunek, aby otworzyć go w pełnym rozmiarze.

I₀ = 0,01 kg·m², I = 0,01 kg·m², κ = 0,1 N·m/rad: okres pustej platformy T₀ ≈ 1,987 s, okres z przedmiotem T ≈ 2,810 s.

Co oblicza model i gdzie kończą się jego założenia?

Moment sprężysty jest równy −κθ. Dla sztywnej platformy z przedmiotem T=2\pi\sqrt{\frac{I_0+I}{\kappa}},\qquad I=\frac{\kappa}{4\pi^2}(T^2-T_0^2). Wzór z różnicą kwadratów usuwa wkład platformy; iloraz samych okresów go nie usuwa.

Przedmiot obraca się razem z platformą wokół tej samej osi. Przyjmujemy liniowy moment sprężysty, amplitudę 10° i brak tłumienia. To odmienny model od wahadła poruszanego momentem siły ciężkości.

Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »

Ostatnie materiały autora

Wszystkie materiały autora »

Komentarze (0)

Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.

Dodaj komentarz

Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto

Emotikony

Zaznacz tekst i wybierz formatowanie lub użyj Ctrl/Cmd+B, I, U w polu komentarza. Znaczniki HTML nie są wykonywane.

Wybór wszystkich komentarzy obejmuje odpowiedzi. Powiadomienia wymagają potwierdzenia adresu; zrezygnujesz z nich przez link w wiadomości.

← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Nie znalazłeś szukanego materiału? Napisz do nas — pomóż nam rozwijać Fizykę dla każdego.