المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
تأثير الأسرة والوراثة في الأخلاق
2024-10-28
تأثير العشرة في التحليلات المنطقيّة
2024-10-28
دور الأخلّاء في الروايات الإسلاميّة
2024-10-28
ترجمة ابن عبد الرحيم
2024-10-28
ترجمة محمد بن لب الأمي
2024-10-28
من نثر لسان الدين
2024-10-28

Enhancing Antibody Potency
9-12-2020
تنزيه سيدنا محمد صلى الله عليه وآله عن مراجعة أمر ربه
24-12-2017
Seifert Matrix
9-6-2021
الشيخ أبو عبد الله الحسين بن إبراهيم
18-5-2017
Kinetic energy
2024-01-25
وصف الباري تعالى بأنه سميع بصير وراء ومدرك
3-07-2015

Unwinding String  
  
1423   06:04 مساءاً   date: 2-8-2016
Author : Sidney B. Cahn Boris E. Nadgorny
Book or Source : A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
Page and Part : part 1 , p 17


Read More
Date: 30-8-2016 1025
Date: 23-8-2016 816
Date: 3-9-2016 1113

Unwinding String

A point mass m is attached to a long, massless thin cord whose other end is attached to a fixed cylinder of radius R. Initially, the cord is snugly and completely wound up around a circular cross section of the cylinder, so that the mass touches the cylinder. No external forces are acting, except for an impulse at t = 0 directed radially outward to give the mass m an initial velocity of magnitude v0. This starts the mass unwinding (see Figure 1.1a). The point P is the initial position of the mass, and Q denotes the instantaneous contact point between the cord and the cylinder.

Figure 1.1a

a) Find the Lagrangian and equation of motion in terms of the generalized coordinate θ as a function of time, satisfying the initial conditions.

b) Using the above solution, find the angular momentum of the mass about the center of the cylinder. Is angular momentum conserved? Why? Is the energy conserved? Why?

c) Now consider a new situation in which the cylinder, taken to be hollow and of mass M (same radius R), can spin freely as the mass unwinds. The new angle φ measures the position of P (the place where the mass was at rest) with respect to the vertical axis (see Figure 1.1b). Write down the Lagrangian in terms of the generalized

Figure 1.1b

 coordinates θ and φ. Identify two conserved quantities and express them as functions of θ and φ.

d) Solve for θ(t). Which way does the cylinder spin?

SOLUTION

a) You can write a Lagrangian using Cartesian coordinates x, y and express it as a function of  (see Figure 1.2a). However, if you notice that the length of the unwound string Rθ, is and it unwinds with angular velocity  you can immediately write a Lagrangian, which is just a kinetic energy in this case

The equation of motion will be

Figure 1.2a

or

or for θ ≠ 0,

whose solution is θ2 = 2At + B. From the initial condition θ(0) = 0 and

i.e.,   we conclude that B = 0 and A = v0/R, so

b) The angular momentum 1 about the center of the cylinder is given by

The angular momentum is not conserved, since there is a torque from the cord connected to the cylinder; the energy, on the other hand, is conserved, because the force on the mass m is always perpendicular to its velocity:

Figure 1.2b

c) Again we can employ cartesian coordinates (see Figure 1.2b), but if we use the fact that the cord is always perpendicular to the radius of the cylinder at the point of contact we can write the Lagrangian in the form

From this equation, we can immediately obtain the integrals of motion. An angular momentum which is now conserved is

(1)

Initially, it is equal to zero, and since the initial impulse does not give the system any angular momentum, it will be zero for all time. So, we have from (1)

(2)

The energy is also conserved:

(3)

d) From equation (2) we can express  in terms of θ and :

(4)

Substituting (4) into (3) we obtain

After some algebra, letting α ≡ 1 + (M/m) and β ≡ (v20/R2) we have

Integrating this equation results in

Therefore:

From the initial condition θ(0) = 0, we find that C2 = α, so

Substituting back α and β we have

For M/m = → ∞ (i.e., a fixed cylinder), this result reduces to that obtained in (a). It is obvious from angular momentum conservation that the cylinder would spin in the opposite direction from that of the unwinding cord. Indeed, from (4) we see that if  then




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.