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Esercizio statica del corpo rigido 10

Statica in Meccanica classica

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Esercizio sulla statica del corpo rigido 10 conclude la serie di esercizi sulla statica dei corpi rigidi, proponendo un ultimo esempio di applicazione delle condizioni di equilibrio in situazioni complesse, ideali per la verifica delle competenze acquisite.

L’esercizio precedente è l’Esercizio sulla statica del corpo rigido 9. Come gli altri, anche questo esercizio è rivolto agli studenti del corso di Fisica 1, ed è pensato per supportare percorsi universitari in ingegneria, fisica o matematica.

Per consultare argomenti propedeutici si consiglia la sezione dedicata agli esercizi sui sistemi di punti materiali, mentre per proseguire nello studio della meccanica classica è disponibile la raccolta di esercizi sugli urti.

Esercizio 10  (\bigstar \bigstar\bigstar\bigstar\largewhitestar). Il sistema in figura 1 è formato da tre aste di uguale lunghezza \ell, incernierate agli estremi. Le aste OA e BC hanno
massa m, distribuita in modo omogeneo, mentre l’asta AB ha massa trascurabile. Le cerniere in A e B sono mobili, la cerniera in O è fissa nel sistema di riferimento fisso Oxyz mostrato in figura 1. La cerniera in C è vincolata tramite un carrello a muoversi lungo l’asse orizzontale x. Tutti i vincoli sono lisci. Una molla ideale, con massa trascurabile, lunghezza a riposo nulla e di costante elastica k collega il punto fisso O al carrello C. All’asta OA è applicato un momento esterno \vec{M} = M\hat{z} (dove \hat{z} è il versore dell’asse z) nel polo O. Determinare i valori della costante k e del momento \vec{M} per i quali la configurazione di equilibrio del sistema sia quella con l’asta AB parallela all’asse orizzontale (come mostrato in figura 1) e l’asta OA che forma con l’asse x un angolo 0 < \alpha < \pi/2.

 
 

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Figura 1: configurazione del sistema.

 
 

Premessa 1.

nel corso dello svolgimento viene usata la notazione \overrightarrow{AB} = B -A. Se il lettore non é solito a questa notazione si rimanda alla lettura dell’esercizio Corpo rigido 9, dove viene introdotto il significato di tale scrittura.    

Premessa 2.

Premessa 2. la scelta del polo rispetto al quale si calcola l’equilibrio dei momenti di un sistema fisico può essere determinante al fine di semplificare i calcoli seguenti. Ad esempio, si può sfruttare il fatto che qualsiasi forza applicata ad un polo ha un momento nullo rispetto a tale polo.    

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