m·กลศาสตร์ ๑–๒สอวน. ค่าย 1 · PHYSICS
คำตอบสั้น · บทที่ 11
CLASSICAL MECHANICS · PART 2
11

คำตอบสั้น · โมเมนตัมเชิงมุมและกฎการอนุรักษ์

Angular Momentum & Conservation

ตรวจผลลัพธ์สำคัญของแต่ละข้อหลังลองทำด้วยตัวเอง ข้อพิสูจน์แสดงเฉพาะข้อสรุป และบางข้อแสดงเฉพาะปริมาณหลัก

กลับบทเรียน →

วิทยาการ: นายสาธิต ศิริวัชน์ (Mr.Satit Siriwach) AKA.COOLNUT

คำตอบ ข้อ 11.1
[

LO=pℓL_O=p\ell คงที่และไม่เป็นศูนย์เมื่อ ℓ≠0\ell\ne0 แม้เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง

]
คำตอบ ข้อ 11.2
[

|𝑳1|=|𝑳2|=pℓ|\mathbf L_1|=|\mathbf L_2|=p\ell และ 𝑳2=−𝑳1\mathbf L_2=-\mathbf L_1

]
คำตอบ ข้อ 11.3
[

แรงสู่ศูนย์กลางทำให้ 𝒑\mathbf p เปลี่ยน แต่ 𝑳O\mathbf L_O คงที่ เมื่อ OO เป็นศูนย์แรง

]
คำตอบ ข้อ 11.4
[

โมเมนตัมเชิงมุมรวมคงที่; พลังงานจลน์การหมุนและความเร็วเชิงมุมไม่จำเป็นต้องคงที่; พลังงานรวมคงที่เมื่อระบบโดดเดี่ยวและรวมพลังงานแบตเตอรี่/กลไกครบ

]
คำตอบ ข้อ 11.5
[

Lz=−0.80kgm2/sL_z=-0.80\,\mathrm{kg\,m^2/s}; ย้ายจุดกำเนิดไป (0,0.80m)(0,0.80\,\mathrm m) จะได้ Lz=0L_z=0

]
คำตอบ ข้อ 11.6
[

𝑳=5𝒌̂kgm2/s\mathbf L=5\hat{\mathbf k}\,\mathrm{kg\,m^2/s}

]
คำตอบ ข้อ 11.7
[

Lz=(3t2−3)L_z=(3t^2-3) ในหน่วย SI; dLz/dt=τz=6tdL_z/dt=\tau_z=6t ในหน่วย SI

]
คำตอบ ข้อ 11.8
[

Lz=−bm(v0+at)L_z=-bm(v_0+at); τz=−bma\tau_z=-bma

]
คำตอบ ข้อ 11.9
[

𝑳=(3,−5,−7)kgm2/s\mathbf L=(3,-5,-7)\,\mathrm{kg\,m^2/s}

]
คำตอบ ข้อ 11.10
[

|L|=6.0kgm2/s|L|=6.0\,\mathrm{kg\,m^2/s}

]
คำตอบ ข้อ 11.11
[

Lz(∞)=aF0TL_z(\infty)=aF_0T ภายใต้แขนโมเมนต์คงที่ตามที่โจทย์กำหนด

]
คำตอบ ข้อ 11.12
[

Lz(4s)=15kgm2/sL_z(4\,\mathrm s)=15\,\mathrm{kg\,m^2/s}; เปลี่ยนเครื่องหมายที่ t=1.00st=1.00\,\mathrm s

]
คำตอบ ข้อ 11.13
[

ωf/ωi=(I0+2mri2)/(I0+2mrf2)\omega_f/\omega_i=(I_0+2mr_i^2)/(I_0+2mr_f^2)

]
คำตอบ ข้อ 11.14
[

ωf≈4.41rad/s\omega_f\approx4.41\,\mathrm{rad/s}; งานที่เพิ่มพลังงานการหมุน ≈6.35J\approx6.35\,\mathrm J

]
คำตอบ ข้อ 11.15
[

ωf/ωi=(IT+MR2)/(IT+MR2/4)\omega_f/\omega_i=(I_T+MR^2)/(I_T+MR^2/4)

]
คำตอบ ข้อ 11.16
[

Lf=14kgm2/sL_f=14\,\mathrm{kg\,m^2/s}; ωf=3.50rad/s\omega_f=3.50\,\mathrm{rad/s}; หยุดที่ t=3−7≈0.354st=3-\sqrt7\approx0.354\,\mathrm s

]
คำตอบ ข้อ 11.17
[

ωf=2ωi\omega_f=2\omega_i; Kf=2KiK_f=2K_i

]
คำตอบ ข้อ 11.18
[

W=80/3≈26.67JW=80/3\approx26.67\,\mathrm J

]
คำตอบ ข้อ 11.19
[

ω(t)=(I0ω0+τ0t)/[I0(1+βt)]\omega(t)=(I_0\omega_0+\tau_0t)/[I_0(1+\beta t)]

]
คำตอบ ข้อ 11.20
[

ωf=(I1ω1+I2ω2)/(I1+I2)\omega_f=(I_1\omega_1+I_2\omega_2)/(I_1+I_2); พลังงานจลน์ลดตามนิพจน์ที่โจทย์ให้

]
คำตอบ ข้อ 11.21
[

ωf≈2.549rad/s\omega_f\approx2.549\,\mathrm{rad/s}; Kf/Ki≈0.301K_f/K_i\approx0.301

]
คำตอบ ข้อ 11.22
[

ωf≈1.109rad/s\omega_f\approx1.109\,\mathrm{rad/s}; พลังงานจลน์ลดประมาณ 898.0J898.0\,\mathrm J

]
คำตอบ ข้อ 11.23
[

ωf=mv/[L(m+M/3)]\omega_f=mv/[L(m+M/3)]; Kf/Ki=m/(m+M/3)K_f/K_i=m/(m+M/3)

]
คำตอบ ข้อ 11.24
[

แรงดลบานพับให้แรงดลเชิงมุมรอบแกนบานพับเป็นศูนย์; ใช้อนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมรอบแกนนี้ได้เมื่อแรงดลเชิงมุมภายนอกอื่นละเลยได้

]
คำตอบ ข้อ 11.25
[

v2=r1v1/r2v_2=r_1v_1/r_2

]
คำตอบ ข้อ 11.26
[

อัตราพื้นที่กวาดมีขนาด dA/dt=|L|/(2m)dA/dt=|L|/(2m)

]
คำตอบ ข้อ 11.27
[

ω=L/[I0+2m(r0−ct)2]\omega=L/[I_0+2m(r_0-ct)^2]; Prot=2mrcL2/I2P_{\mathrm{rot}}=2mrcL^2/I^2

]
คำตอบ ข้อ 11.28
[

Kmin=L2/(2Imax)K_{\min}=L^2/(2I_{\max}); Kmax=L2/(2Imin)K_{\max}=L^2/(2I_{\min}); Wmin=L2(1/Imin−1/Imax)/2W_{\min}=L^2(1/I_{\min}-1/I_{\max})/2

]
คำตอบ ข้อ 11.29
[

ω=ω0e−kt/I\omega=\omega_0e^{-kt/I}; L=L0e−kt/IL=L_0e^{-kt/I}; K=K0e−2kt/IK=K_0e^{-2kt/I}; ค่าคงตัวเวลาของพลังงานคือ I/(2k)I/(2k)

]
คำตอบ ข้อ 11.30
[

ωf=128/49≈2.612rad/s\omega_f=128/49\approx2.612\,\mathrm{rad/s}; งานขั้นที่สอง 120/49≈2.45J120/49\approx2.45\,\mathrm J

]

ไปเรียนด้วยกัน

วิทยาการ: นายสาธิต ศิริวัชน์ (Mr.Satit Siriwach) AKA.COOLNUT