Prova scritta di Meccanica Razionale – gennaio 2017 Laurea in Ingegneria Meccanica – Latina Cognome: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nome: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Matricola: . . . . . . . . . . . . Il compito consta di 3 quesiti. Gli studenti devono: – completare i dati anagrafici sulla prima pagina del compito; – svolgere i quesiti su fogli supplementari e riportare i risultati su queste pagine (risultati non giustificati sui fogli supplementari non verrano presi in considerazione); – scrivere il proprio nome e cognome su ciascun foglio supplementare; – consegnare tutti i fogli al termine della prova. Durante la prova scritta non è possibile usare appunti (scritti a mano, fotocopiati, stampati, etc.) di nessuna natura e dispositivi elettronici (calcolatrici, telefonini, calcolatori, etc.) di nessuna natura. Gli studenti possono consultare esclusivamente e brevemente le copie dei libri preventivamente poste sulla cattedra. Quesito 1. Un sistema olonomo a vincoli perfetti è costituito da un disco rigido pesante omogeneo di raggio R e massa M e da un elemento pesante di massa m. Si indica con {O, ~ei } un riferimento terrestre con asse 3 verticale ascendente. 0 ~ e3 =~ e3 6 qX - ~e2 O ~ e1 0 ~ e2 A H 0 HaH j ~e B ϕ 1 L’elemento, la cui posizione in figura è indicata con X, è vincolato a muoversi sull’asse 2. Il punto del bordo del disco, indicato con A in figura, è vincolato a muoversi sull’asse 3 e il disco è vincolato a mantenersi orizzontale. 0 Il riferimento solidale al disco {A, ~ei } è tale che il centro del disco cade sul semiasse positivo solidale 1. Il punto mobile X e il punto del bordo del disco B, opposto ad A, si scambiano la forza elastica di costante k. MRscritto.tex – 10 Gennaio 2017 19:16 Come coordinate lagrangiane si utilizzino l’anomalia ϕ indicata in figura e le ascisse q −→ −−→ e s tali che OA = q~e3 e OX = s~e2 . Si consideri il moto del sistema relativo al riferimento terrestre e si stabilisca quanto segue: 1. energia cinetica del sistema in termini delle coordinate lagrangiane: 2. energia potenziale della sollecitazione attiva conservativa in termini delle coordinate lagrangiane: 3. equazioni pure del moto: 4. qualora possibile, integrale generale delle equazioni pure del moto: Quesito 2. Un sistema olonomo a vincoli perfetti è costituito da una sfera rigida pe- sante omogenea di raggio R e massa M (il momento d’inerzia rispetto agli assi diametrali è 2M R2 /5) e da un elemento pesante di massa m. Si indica con {O, ~ei } un riferimento terrestre con asse 3 verticale ascendente. 0 ~ e3 =~ e3 6 θ 0 '$ ~ e2 qX * C ~ O ae2 H ϕ H 0 ~ e1 j ~e1 H &% La sfera è vincolata a ruotare attorno all’asse fisso 3. L’elemento, la cui posizione in figura è indicata con X, è vincolato a muoversi su un meridiano solidale alla sfera. Il riferimento 0 solidale alla sfera {O, ~ei } è tale che il meridiano cui è vincolato l’elemento giace nel piano solidale 1–3. Sul punto mobile X agisce la forza elastica di costante k e centro C tale che −→ OC = 2R~e2 . MRscritto.tex – 10 Gennaio 2017 19:16 Come coordinate lagrangiane si utilizzano le anomalie ϕ e θ indicate in figura. Considerato il moto del sistema relativo al riferimento terrestre, si determina l’energia potenziale della sollecitazione conservativa: U (θ, ϕ) = mgR cos θ − 2kR2 sin θ sin ϕ . Si stabilisca quanto segue: 1. configurazioni di equilibrio: 2. stabilità delle configurazioni di equilibrio: 3. forza vincolare agente sull’elemento se il sistema viene posto a riposo nelle diverse configurazioni di equilibrio: 4. si verifichi in tutti i casi discussi al punto precedente che la forza vincolare è ortogonale al meridiano cui è vincolato l’elemento: Quesito 3. Una lamina rigida è stata ottenuta praticando due fori circolari di raggio R/3 a un disco di raggio R. I due fori hanno centro su un asse diametrale e a distanza R/2 dal centro del disco. Si indichi con M la massa della lamina cosı̀ ottenuta. 1. Si disegni il riferimento principale d’inerzia con origine il centro del disco e si determini l’associata matrice d’inerzia: MRscritto.tex – 10 Gennaio 2017 19:16 2. si determini la matrice d’inerzia relativa al riferimento ottenuto ruotando di π/4 il riferimento principale attorno all’asse principale ortogonale alla lamina; 3. supposto che il corpo ruoti con velocità angolare costante λ attorno all’asse 1 del riferimento ottenuto al punto precedente, si determinino l’energia cinetica e il momento totale della quantità di moto calcolato usando come polo O. MRscritto.tex – 10 Gennaio 2017 19:16