Newtons lover i én dimensjon



Like dokumenter
Newtons lover i én dimensjon (2)

Newtons lover i én dimensjon

Newtons lover i to og tre dimensjoner

Newtons lover i én dimensjon

Newtons lover i én dimensjon

Newtons lover i to og tre dimensjoner

Newtons lover i én dimensjon (2)

Betinget bevegelse

Fiktive krefter. Gravitasjon og planetenes bevegelser

Newtons lover i én dimensjon (2)

Newtons lover i én dimensjon (2)

Newtons lover i én dimensjon (2)

Løsningsforslag til ukeoppgave 11

FYSIKK-OLYMPIADEN Andre runde: 4/2 2010

b) 3 MATEMATISKE METODER I 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Repetisjonsoppgaver Bruk av regneregler: 1 Regn ut: e) 0 x ) 4 3 d) 4 x f) 5y

Eksamen TFY 4240: Elektromagnetisk teori

Kinematikk i to og tre dimensjoner

Matematikk 3MX AA6524 / AA6526 Elever / privatister Oktober 2002

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

b) C Det elektriske feltet går radielt ut fra en positivt ladd partikkel.

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

Stivt legemers dynamikk

Øving 8. Dersom ikke annet er oppgitt, antas det at systemet er i elektrostatisk likevekt.

Tre klasser kollisjoner (eksempel: kast mot vegg)

Fysikk-OL Norsk finale 2005

Om bevegelsesligningene

Utvalg med tilbakelegging

FAG: MA-209 Matematikk 3 LÆRER: Per Henrik Hogstad KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

Utvalg med tilbakelegging

8 Eksamens trening. E2 (Kapittel 1) På figuren er det tegnet grafene til funksjonene f og g gitt ved

Kinematikk i to og tre dimensjoner

Løsningsforslag for eksamen i FY101 Elektromagnetisme torsdag 12. desember 2002

Gravitasjon og planetenes bevegelser. Statikk og likevekt

Billige arboresenser og matchinger

Gravitasjon og planetenes bevegelser. Statikk og likevekt

Løsningsforslag Fysikk 2 V2016

Gravitasjon og planetenes bevegelser. Statikk og likevekt

Løsningsforslag Fysikk 2 Høst 2014

Stivt legemers dynamikk

sosiale behov FASE 2: Haug barnehage

ρ = = = m / s m / s Ok! 0.1

trygghet FASE 1: barnehage

Kapittel 2: Krumlinjet bevegelse

Oppsummering Fysikkprosjekt

1 Virtuelt arbeid for stive legemer

Forelesning 9/ ved Karsten Trulsen

Fysikkolympiaden 1. runde 25. oktober 5. november 2004

Repetisjon

Løsningsforslag TEP 4110 FLUIDMEKANIKK 18.desember ρ = = = m / s m / s 0.1

Løsningsforslag Eksamen i fag TEP4110 Fluidmekanikk

Tre klasser kollisjoner (eksempel: kast mot vegg)

Stivt legemers dynamikk

Løsning midtveiseksamen H12 AST1100

Krefter, Newtons lover, dreiemoment

Oppgave 1 a)1 b)3 c)2 d)3 e)3 f)2 g)3 h)2 i)1 j)2 k)1 l)2

Stivt legemers dynamikk

Stivt legemers dynamikk. Spinn

Løsningsforslag Fysikk 2 Høst 2015

Mandag E = V. y ŷ + V ẑ (kartesiske koordinater) r sin θ φ ˆφ (kulekoordinater)

Keplers lover. Statikk og likevekt

UNIVERSITETET I OSLO

Notat i FYS-MEK/F 1110 våren 2006

Repetisjon

EKSAMEN FAG TFY4160 BØLGEFYSIKK OG FAG FY1002/MNFFY101 GENERELL FYSIKK II Lørdag 6. desember 2003 kl Bokmål

Fiktive krefter. Gravitasjon og ekvivalensprinsippet

Fiktive krefter. Gravitasjon og planetenes bevegelser

Gravitasjon og planetenes bevegelser. Statikk og likevekt

FAG: MA-209 Matematikk 3 LÆRER: Per Henrik Hogstad KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

Problemet. Datamaskinbaserte doseberegninger. Usikkerheter i dose konsekvenser 1 Usikkerheter i dose konsekvenser 2

Løsningsforslag Fysikk 2 Vår 2013 Oppgav e

Newtons lover i to og tre dimensjoner

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2008

Fiktive krefter

A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5

a) C Det elektriske feltet går radielt ut fra en positivt ladet partikkel og radielt innover mot en negativt ladd partikkel.

Stivt legemers dynamikk. Spinn

Oppgave 8.12 Gitt en potensialhvirvel med styrke K i origo. Bestem sirkulasjonen ' langs kurven C. Sirkulasjonen er definert som: ' /

( 6z + 3z 2 ) dz = = 4. (xi + zj) 3 i + 2 ) 3 x x 4 9 y. 3 (6 2y) (6 2y)2 4 y(6 2y)

UNIVERSITETET I OSLO

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Kap Rotasjon av stive legemer

Eksempelsett R2, 2008

Kap Rotasjon av stive legemer

Fagoversyn: TFY4155/FY1003 Elektrisitet og magnetisme. kap mg mg. Elektrostatikk, inkl. elektrisk strøm Magnetostatikk Elektrodynamikk

Hesteveddeløp i 8. klasse

Impuls, bevegelsesmengde, energi. Bevaringslover.

Beregninger av egenskaper. og dynamikk til faste stoffer. Chris Mohn

Kap. 4+5 Rotasjon av stive legemer. L = r m v. L = mr 2 ω = I ω. ri 2 ω = I ω. L = r m v sin Φ = r 0 mv. L = r m v = 0

Fiktive krefter

Stivt legemers dynamikk

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 2.

At energi ikke kan gå tapt, må bety at den er bevart. Derav betegnelsen bevaringslov.

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKALSK ELEKTRONIKK

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

Sammendrag, uke 14 (5. og 6. april)

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Transkript:

Newtons love i én dimensjon 4.01.013 kaft akseleasjon hastighet posisjon YS-MEK 1110 4.01.013 1

Hva e kaft? Vi ha en intuitivt idé om hva kaft e. Vi kan kvantifisee en kaft med elongasjon av en fjæ. Hva hvis vi buke et tau i stedet?. YS-MEK 1110 4.01.013

Bok på bodet ingen bevegelse ingen kaft? uten bod vil boken falle ned kaft vike på boken gavitasjon på bodet: hvofo falle boken ikke? e gavitasjon bote? gavitasjonen vike fotsatt på boken, men bodet hinde boken å falle ned. det må væe en kaft fa bodet på boken som kompensee gavitasjonskaften fjæ mellom boken og bodet: boken dytte på fjæen som dytte på bodet fjæen bli kompimet og dytte tilbake på boken mikoskopisk defomasjon i oveflaten nomalkaft kaft e nomal (vinkelett) til oveflaten gavitasjon: langtekkende elle fjenkaft nomalkaft: kontaktkaft YS-MEK 1110 4.01.013 3

Identifikasjon av kefte Eksempel: en ball spette opp fa gulvet Vi skille mellom systemet (=ball) og omgivelsen (= alt annet) Alle kefte ha en åsak i omgivelsen. Vi bae vudee ekstene kefte, ikke intene. Kefte e enten kontaktelle langtekkende kefte. YS-MEK 1110 4.01.013 4

Oppskift: 1. Del poblemet inn i system: ball omgivelsen: gulvet, luft und ballen. Tegn figu av objekt og alt som beøe det. 3. Identifise kontaktkefte og kontaktpunkte mellom systemet og omgivelsen nomalkaft fa gulvet til ballen: N luftmotstand fa luften til ballen: D (dag foce) foskjell i hastighet mellom ballen og luften oppdift fa luften til ballen: B (buoyancy) foskjell i tetthet mellom ballen og luften 4. Identifise langtekkende kefte gavitasjon: G 5. Tegn objekt med kaftvektoe (skalet) 6. Tegn inn koodinatsystemet YS-MEK 1110 4.01.013 5

Angepspunkte: Nomalkaften: Ballen e i kontakt med en utstekt flate. mange små kontibusjone til nomalkaften hvo mange fo hvet atom? Vi kan se på en enkelt kaft som e summen av alle små kontibusjone: supeposisjonspinsippet. luftmotstand: mange kontaktpunkte ove hele ballen mange små kaftkomponente vike i samme etning: mot bevegelsesetning igjen: vi foenkle luftmotstand som én kaft som angipe i ett punkt. obs.: vi må passe på etning! YS-MEK 1110 4.01.013 6

i-legeme diagam diagam som inneholde alle keftene som vike på et legeme viktig vektøy fo å finne ut hvodan et legeme bevege seg Oppskift: 1. Del poblemet inn i system og omgivelse.. Tegn figu av objektet og alt som beøe det. 3. Tegn en lukket kuve undt systemet. 4. inn kontaktpunkte hvo kontaktkefte angipe. 5. Navngi kontaktkefte og define symbole. 6. Identifise langtekkende kefte og define symbole. 7. Tegn objektet med skalete kefte. 8. Tegn inn koodinatsystemet. YS-MEK 1110 4.01.013 7

Eksempel: bungee jump 1. Del poblemet inn i system og omgivelse. system: peson; omgivelse: tau, luft. Tegn figu av objektet og alt som beøe det. 3. Tegn en lukket kuve undt systemet. 4. inn kontaktpunkte hvo kontaktkefte angipe. Pesonen e i kontakt med tauet og med luften. 5. Navngi kontaktkefte og define symbole. Kaft fa tauet på pesonen: T Luftmotstand: D 6. Identifise langtekkende kefte og define symbole. Gavitasjonskaft: G 7. Tegn objektet med skalete kefte. 8. Tegn inn koodinatsystemet. YS-MEK 1110 4.01.013 8

Eksempel: tinse system: tinse omgivelse: tau, akse, luft (loddene og taket e ikke i kontakt med tinsen) kontaktkefte: nomalkaft fa aksen på tinsen: N kaft fa tauet på tinsen venste/høye: T A, T B langtekkende kefte: gavitasjonskaft: G YS-MEK 1110 4.01.013 9

kaft akseleasjon (Gedanken-) Expeiment Vi tekke på en fjæ med kaft slik at lengden bli x 0 + x m 1 Vi feste en masse m 1 og slippe. jæen tekke på massen med kaft og vi måle akseleasjonen a 1. m Vi feste en masse m og slippe. jæen tekke på massen med kaft og vi måle akseleasjonen a. = ma = 1 ma Vi finne: 1 YS-MEK 1110 4.01.013 10

Newtons ande lov: = ma Vi kan ikke bevise loven. Ekspeimente vise at loven e iktig. Endingen av bevegelsen e alltid poposjonal med den motiveende kaft som bli påføt, og bli gjot i den ettlinjede etning i hvilken denne kaft bli påføt. Philosophiæ Natualis Pincipia Mathematica, 1687 Isaac Newton 1643-177 YS-MEK 1110 4.01.013 11

Newtons ande lov: = ma e gyldig i inetialsysteme. I et akseleet efeansesystem må vi innføe fiktive kefte. gjelde punkt-patikkle. Vi kan buke NL fo utstakte objekte hvis vi buke massesenteet. inetialmasseme en egenskap av et legeme: motstanden mot akseleasjon (= teghet) enhet: kg gjelde summen av alle yte kefte som påvike objektet: netto kaft Yte kefte ha åsak i omgivelsen. net = i i = ma d x e en vekto likning gyldig fo hve komponent: x = max = m dt keftene e additiv: supeposisjonspinsippet kefte måles i enhet: 1 kg m/s = 1 N = 1 Newton YS-MEK 1110 4.01.013 1

Eksempel To kefte vike på en vogn: 1 tekke til høye med 6000 N, tekke til venste med 1000 N. Massen til vogn e 500 kg. Du kan se bot fa ande kefte. Hva e akseleasjonen? 1 = 6000 Niˆ = 1000 Niˆ î : enhetsvekto i x etning 6000 Niˆ 1000 Niˆ net = 1+ = = NL: net = ma a= m 5000 Niˆ 5000 Niˆ m/s iˆ 500 kg net = = YS-MEK 1110 4.01.013 13

Kaftmodelle vi ha en oppskift fo å identifisee keftene fi-legeme diagam vi buke Newtons ande lov fo å finne akseleasjonen fa summen av yte kefte vi kan løse bevegelsesligningene (analytisk elle numeisk) vi vet ikke hvodan vi kan beskive / kvantifisee de foskjellige kefte vi tenge kaftmodelle Modelle: inn keftene som påvike objektet. Beskiv keftene med en modell. Buk Newtons ande lov fo å finne akseleasjonen. YS-MEK 1110 4.01.013 14

Gavitasjon Isaac Newton ha også oppdaget gavitasjonsloven (fa empiisk obsevasjon) fa B på A mm =γ 3 AB AB γ: gavitasjonskonstant m: gavitasjonsmasse til A M: gavitasjonsmasse til B : vekto fa senteet av A til senteet av B M: gavitasjonsmasse til B AB inetialmasse: teghet et legemes motstand mot å foande hastighet gavitasjonsmasse: definet av gavitasjonsloven Ekspeimente finne ingen foskjell mellom inetialmasse og gavitasjonsmasse. YS-MEK 1110 4.01.013 15

på joden fa B på A mm =γ 3 AB AB γ = 6.67384 10 M = 3.9736 10 11 4 3 m kg s kg AB = 6.378 10 6 m (posisjonsavhengig) Gavitasjonskaft e ettet mot jodens senteet. mm m = =γ = mg g 9.81 s AB hvis ingen ande kefte enn gavitasjon vike: net = mg g= ma i m i : inetialmasse, m g : gavitasjonsmasse a= m m g i g m i =m g alle legeme falle med samme akseleasjon YS-MEK 1110 4.01.013 16

Eksempel: legeme som falle Du slippe en ball fa en høyde på 1m ove bakken. Du kan se bot fa luftmotstanden. Hvo lang tid ta det fø den teffe bakken? meget enkelt eksempel fo å demonstee den geneelle løsningsoppskiften. Identifise: Modelle: Løs: Analyse: Hvilket objekt bevege seg? Hvodan måle vi? Define et koodinatsystem. inn initialbetingelsene. inn keftene som påvike objektet. Beskiv keftene med en modell. Buk Newtons ande lov fo å finne akseleasjonen. Løs bevegelsesligningen. d x dx = a x,, t dt dt med initialbetingelse (analytisk elle numeisk). inn hastighet og posisjon. E esultatene fo x(t) og v(t) fonuftig?. Buk esultatene fo a svae på spøsmålet. Intepete esultatene. YS-MEK 1110 4.01.013 17

Identifise: Hvilket objekt bevege seg? Hvodan måle vi? Define et koodinatsystem. Ballen bevege seg. Vi måle posisjon med y(t) oppove med nullpunkt på bakken. Ved t 0 = 0 e x 0 = 1 m og v 0 = 0 m/s. inn initialbetingelsene. Modelle: inn keftene som påvike objektet. W Vi se bot fa luftmotstand. Det e ingen kontaktkefte som vike. Langtekkende kaft: gavitasjon: W = W ˆj Beskiv keftene med en modell. Kaftmodell: W =mg Buk Newtons ande lov fo å finne akseleasjonen. NL: = W a( t) = g = mg ˆj = ma YS-MEK 1110 4.01.013 18

Løs: Løs bevegelsesligningen. d x dx = a x,, t dt dt med initialbetingelse (analytisk elle numeisk). inn hastighet og posisjon. Vi løse analytisk: a = dv dt v( t) v = g 0 = v ( t ) = = gt t 0 ( g) dt a( t) = g v y 0 0 = gt = 0m/s = 1.0m v = dy dt y( t) y 0 y( t) = y = gt 0 = t 0 1 gt ( gt) dt = 1 gt YS-MEK 1110 4.01.013 19

Analyse: E esultatene fo x(t) og v(t) fonuftig?. Buk esultatene fo a svae på spøsmålet. v( t) = gt y( t) = y 0 1 gt Hastighet e ettet nedove. o t = 0 finne vi initialbetingelse. Intepete esultatene. Hvo lang tid ta det fø den teffe bakken? y( t 1 ) = y0 gt 1 1 = 0m t y g m 9.81m/s 0 1 =± =± = ± 0.45s Bae den positive vedien e meningsfylt. Ballen teffe bakken ette 0.45 s. YS-MEK 1110 4.01.013 0

Eksempel: heis En heis med masse m H = 400 kg bevege seg opp med en maksimal akseleasjon a max =.0 m/s. Den maksimale nyttelasten e m L = 1600 kg. Hva e den maksimale kaften som vike på kabelen? Det e heisen som bevege seg. Vi måle posisjonen i x etning oppove. Heisen e i kontakt med kabelen og med luften und seg. Nyttelast e innenfo systemet og foåsake ingen yte kefte. Kontaktkefte: Kaft fa kabelen på heisen: Vi se bot fa luftmotstand. Langtekkende kefte: Gavitasjon: G YS-MEK 1110 4.01.013 1

Kaftmodelle: Kaft fa kabelen på heisen e ukjent den skal vi beegne! Vi vet at den vike oppove: Gavitasjon: G= mgiˆ = iˆ NL: G iˆ mgiˆ net = + = = = m ( g + a) maiˆ Kaften avhenge akseleasjonen av heisen. Den maksimale kaften oppstå hvis a = a max og med den maksimale nyttelasten (m = m H + m L ). max = m max ( g+ amax ) = ( mh + ml )( g+ amax ) max = (400 kg+ 1600 kg)(9.81 m/s + m/s ) = 47.4 kn YS-MEK 1110 4.01.013

Kaftmodelle: viskøs kaft viktig fo ealistisk poblemstillinge mange av de legemene vi studee e omgitt av væske: en ball i luften en patikkel i vann... Hvis jeg tekke en ball gjennom luften, må luften flytte seg og stømme undt ballen. Den stømmen gi opphav til kefte på ballen som vi kalle luftmotstand. Det e ikke det samme som fiksjon vi komme tilbake til det. Det e ingen fundamental natulov som beskive viskøse kefte, men vi kan finne empiiske modelle fa ekspeimente. Slike modelle e ikke eksakt, men tilnæminge. Geneell e viskøse kefte hastighetsavhengig. (Det gjenkjenne vi fa vå efaing, f.eks. nå vi sykle.) YS-MEK 1110 4.01.013 3

viskøs kaft fo små hastighete Hvis hastighet e små, så flyte væsken jevnt undt objektet. kaften på et objekt som bevege seg med små hastighet elativ til en væske: D = k Kaften vike mot bevegelsesetningen. v v k v = 6πηR R: adius η: viskositet av væsken η = 1.8 10 5 Ns m luft: vann: η = 1.0 10 3 Ns m YS-MEK 1110 4.01.013 4

viskøs kaft fo støe hastighete Hvis hastighet e støe, så flyte væsken ikke jevnt undt objektet, men bli tubulent og foåsake undetykk bak objektet. kaften på et objekt som bevege seg med sto hastighet elativ til en væske: D = Dv Kaften vike mot bevegelsesetningen. fa ekspeimente: D 1.0ρR ρ: tetthet av væsken R: adius Du behøve ikke huske uttykket fo k v og D, men du bø huske = kv fo små hastighet D v D = Dv fo sto hastighet YS-MEK 1110 4.01.013 5