Risolviamo un problema di fisica sulle ruote.
Fiduciosamente:
Raggio della prima ruota R1 = 0,8 m
Raggio della seconda ruota R2 = 0,5 m
Tempo t = 3,14 s
Legge di rotazione della prima ruota ?1 = 20t
È necessario trovare:
Numero di giri della ruota 2 durante il tempo t = 3,14 s
Risposta:
La prima ruota ruota con velocità angolare ?1, determinata dalla legge ?1 = 20t
Velocità angolare della ruota 1:
?1 = 20t = 20 * 3,14 = 62,8 rad/s
Nel tempo t = 3,14 s la prima ruota completerà:
?1 * t = 62,8 * 3,14 = 197,192 rad
Numero totale di giri della prima ruota:
n1 = ?1 * t / 2π = 197,192 / 2π ≈ 31,4
Velocità angolare della seconda ruota:
?2 = ?1 * R1 / R2 = 62,8 * 0,8 / 0,5 = 100,48 rad/s
Numero di giri della seconda ruota durante il tempo t = 3,14 s:
n2 = ?2 * t / 2π = 100,48 * 3,14 / 2π ≈ 16
Risposta: 16
Pertanto, nel tempo t=3,14 s, la ruota 2 farà 16 giri.
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Il problema 8.4.3 descrive la rotazione delle ruote e richiede di determinare il numero di giri effettuati dalla ruota 2 in un certo periodo di tempo. Per risolvere questo problema, utilizziamo formule e leggi della fisica, spieghiamo in dettaglio ogni passaggio della soluzione e arriviamo alla risposta finale.
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Soluzione al problema 8.4.3 dalla collezione di Kepe O.?. consiste nel determinare il numero di giri della ruota 2 in un dato tempo, conoscendo la legge di rotazione della ruota 1 e i raggi di entrambe le ruote.
A seconda delle condizioni del problema, la ruota 1 ruota secondo la legge ?1 = 20t, dove ?1 è l'angolo di rotazione della ruota 1 in radianti e t è il tempo in secondi. È necessario determinare quanti giri fa la ruota 2 nel tempo t = 3,14 s. Raggi delle ruote R1 = 0,8 m e R2 = 0,5 m.
Per risolvere il problema è necessario determinare quanti giri completi fa la ruota 1 nel tempo t = 3,14 s, utilizzando la legge di rotazione della ruota 1. Per fare ciò è necessario esprimere l'angolo di rotazione della ruota 1 in termini del tempo t:
?1 = 20t
Si noti che durante un giro completo della ruota 1 viene percorso un angolo di 2π radianti, quindi il numero di giri della ruota 1 può essere trovato con la formula:
n1 = ?1 / 2π
Ora puoi trovare l'angolo di rotazione della ruota 1 per il tempo t = 3,14 s:
?1 = 20 * 3,14 = 62,8 rad
E poi determinare il numero di giri completi della ruota 1 durante questo periodo:
n1 = 62,8 / 2π ≈ 10
Pertanto, nel tempo t = 3,14 s, la ruota 1 compie circa 10 giri completi.
Per trovare il numero di giri della ruota 2 nello stesso tempo, è necessario notare che la ruota 2 percorre una circonferenza di raggio R2 lungo la circonferenza della ruota 1 per ogni giro della ruota 1. Quindi, nel tempo t = 3,14 s , la ruota 2 percorre un percorso pari alla lunghezza del cerchio su cui si trova la ruota 1, moltiplicato per il numero di giri della ruota 1:
L1 = 2πR1
n2 = L1 * n1 / (2πR2)
Sostituendo i valori dei raggi della ruota e il numero di giri trovato della ruota 1, otteniamo:
n2 = 2πR1 * n1 / (2πR2) = R1 / R2 * n1 ≈ 16
Quindi la ruota 2 compie circa 16 giri nel tempo t = 3,14 s. La risposta coincide con quella indicata nella formulazione del problema.
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