AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Mekanikk 1/19/2017. Forelesning 3: Mekanikk og termodynamikk

Like dokumenter
AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 3: Mekanikk, termodynamikk og elektromagnetisme

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 4: Fysikken i astrofysikk, del 1

AST1010 En kosmisk reise

De vikagste punktene i dag:

AST1010 En kosmisk reise. I dag 2/16/2017. Forelesning 11: Dannelsen av solsystemet. Planetene i grove trekk Kollapsteorien Litt om eksoplaneter

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 7: Dannelsen av solsystemet

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 13: Sola

2/7/2017. AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: IAUs definisjon av en planet i solsystemet (2006)

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 13: Sola

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 16: Hvite dverger, supernovaer og nøytronstjerner

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi

AST1010 En kosmisk reise

AST En kosmisk reise Forelesning 3: Fra middelalderen via Kopernikus til Galilei og Newton

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 26/3 2019

Oppgave 1A.8: En forenklet kode for stjernedannelse

FYS-MEK 1110 Løsningsforslag Eksamen Vår 2014

Planetene. Neptun Uranus Saturn Jupiter Mars Jorda Venus Merkur

Keplers lover. Statikk og likevekt

Om flo og fjære og kunsten å veie Månen

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 20: Kosmologi, del 2

Newton Camp modul 1190 "Luftige reiser, Newton-camp Vest-Agder 2015"

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Elektromagnetisk bølge 1/23/2017. Forelesning 4: Elektromagnetisk stråling

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

AST1010 En kosmisk reise. Innhold 9/27/15. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 6: De indre planetene og månen del 1: Merkur og Venus

AST1010 En kosmisk reise. Innhold 28/02/16. Forelesning 12: Dannelsen av solsystemet

AST En kosmisk reise Forelesning 2: Litt astronomihistorie Det geosentriske verdensbildet Det heliosentriske verdensbildet

AST En kosmisk reise Forelesning 3: Fra middelalderen via Kopernikus til Galilei og Newton

Aristoteles (300 f.kr): Kraft påkrevd for å opprettholde bevegelse. Dvs. selv UTEN friksjon må oksen trekke med kraft R O =S k

Aristoteles (300 f.kr): Kraft påkrevd for å opprettholde bevegelse. Dvs. selv UTEN friksjon må oksen må trekke med kraft S k

Newtons (og hele universets...) lover

UNIVERSITETET I OSLO

Krefter, Newtons lover, dreiemoment

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2008

UNIVERSITETET I OSLO

Høgskolen i Agder Avdeling for EKSAMEN

EKSAMEN Styring av romfartøy Fagkode: STE 6122

EksameniASTlolo 13 mai2

FASIT UNIVERSITETET I OSLO. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 7: De indre planetene og månen del 1: Merkur og Venus

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 15: Hvite dverger og supernovaer

Kap. 6+7 Arbeid og energi. Energibevaring.

AST En kosmisk reise Forelesning 2: De viktigste punktene i dag. Det geosentriske verdensbildet 1/23/2017

UNIVERSITETET I OSLO

2/12/2017. AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Jupiter. Forelesning 9: De store gassplanetene og noen av deres måner

Regneoppgaver AST 1010, vår 2017

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 12: Sola

De punktene i dag

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 15: Hvite dverger, nøytronstjerner og sorte hull

AST1010 En kosmisk reise

Kap Newtons lover. Newtons 3.lov. Kraft og motkraft. kap 4+5 <file> Hvor er luftmotstanden F f størst?

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 4: Elektromagnetisk stråling

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise. Astronomiske avstander v=vsl-jncjak0. Forelesning 20: Kosmologi, del I

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise

Carl Angell, Eirik Grude Flekkøy og Jostein Riiser Kristiansen

Regneoppgaver AST 1010, vår 2017

Stivt legemers dynamikk

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi, del I

EKSAMENSOPPGAVE. Dato: Fredag 01. mars Tid: Kl 09:00 13:00. Administrasjonsbygget B154

UNIVERSITETET I OSLO

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN. EMNE: FYS 120 FAGLÆRER: Margrethe Wold. Klasser: FYS 120 Dato: 09. mai 2017 Eksamenstid: Antall sider (ink.

1561 Newton basedokument - Newton Engia Side 53

Stivt legemers dynamikk

EKSAMEN. EMNE: FYS 119 FAGLÆRER: Margrethe Wold. Klasser: FYS 119 Dato: 09. mai 2017 Eksamenstid: Antall sider (ink.

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 21: Oppsummering

Oppgave 1A.8: En forenklet kode for stjernedannelse

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 9: Solen De store gassplanetene og noen av deres måner

FASIT Svarene trenger ikke være like utdypende som her. Side 1 UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

AST1010 En kosmisk reise

Løsningsforslag til ukeoppgave 4

Oppgave 1. Svaralternativer. Oppgave 2. Svaralternativer

Kapittel 4. Algebra. Mål for kapittel 4: Kompetansemål. Mål for opplæringen er at eleven skal kunne

Kreftenes opprinnelse i rommet (Naturkreftenes prinsipp) Frode Bukten

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-0100

Fysikk 3FY AA6227. Elever og privatister. 26. mai Videregående kurs II Studieretning for allmenne, økonomiske og administrative fag

Newtons 3.lov. Kraft og motkraft. Kap. 4+5: Newtons lover. kap Hvor er luftmotstanden F f størst? F f lik i begge!!

1268 Newton basedokument - Elektrisk energi fra fornybare og ikke-fornybare energikilder Side 33

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110/Fys-mef1110 høsten 2007

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgaver i naturfag 19-åringer, fysikkspesialistene

Obligatorisk oppgave i fysikk våren 2002

AST1010 En kosmisk reise

AST1010 En kosmisk reise. Andromeda. Avstand: 2.55 millioner lysår. Hubbles klassifikasjon av galakser 3/20/2017

Eksamen i FYS Oppgavesettet, inklusiv ark med formler, er på 7 sider, inkludert forside. FAKULTET FOR NATURVITENSKAP OG TEKNOLOGI

RF3100 Matematikk og fysikk Regneoppgaver 7 Løsningsforslag.

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

Transkript:

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 3: Mekanikk og termodynamikk De viktigste punktene i dag: Mekanikk: Kraft, akselerasjon, massesenter, spinn Termodynamikk: Temperatur og trykk Elektrisitet og magnetisme: Hvordan partikler beveger seg i elektriske og magnetiske felt. Mekanikk 1

Isaac Newton (1642-1727) Banebrytende arbeider: Gravitasjonsloven Bevegelseslovene Differensial- og integralregningen Optikk 4 Bevegelseslovene 1. Hvis et legeme ikke er påvirket av en ytre kraft vil det gå med konstant fart i en rettlinjet bane. 2. Når en kraft virker på et legeme vil det bli akselerert og akselerasjonen er lik kraften dividert med massen til legemet: a = F m 3. Når et legeme X virker på et annet legeme Y med en kraft så vil Y virke med samme kraft tilbake på X. Disse tre lovene bryter helt med aristotelisk fysikk! 5 Akselerasjon Fart er endring i posisjon pr. tidsenhet Måles f.eks. i km t Akselerasjon er endring i fart pr. tidsenhet Måles i f.eks. km t t som er det samme som km t 2 2

Akselerasjon (eksempel) Du kjører i 60 km/t På 10 sekunder bremser du ned til 0 km/t Endring i fart: -60 km/t Endring i tid: 10 s = 1/6 min = 1/360 t Akselerasjon (eksempel) Endring i fart: -60 km/t Endring i tid: 10 s = 1/6 min = 1/360 t Med slik bremsing hadde farten endret seg 360 ganger mer på en hel time: 60 km t 360 t = 21600 km/t per time (OBS: Ikke i formelsamlingen) Newtons 1. lov Hvis et legeme ikke er påvirket av en ytre kraft vil det gå med konstant fart i en rettlinjet bane. Aristoteles: Et slikt legeme vil stanse av seg selv. Newton: Nei. Dette skyldes ytre krefter som luftmotstand og friksjon. 3

Newtons 2. lov Når en kraft virker på et legeme vil det bli akselerert og akselerasjonen er lik kraften dividert med massen til legemet: a = F m Aristoteles: Man må bruke kraft for å holde bevegelse i gang (ellers stanser den). Newton: Nei. All forandring av hastighet skyldes en eller flere krefter. Newtons 3. lov Når et legeme X virker på et annet legeme Y med en kraft så vil Y virke med samme kraft tilbake på X. Hva? Trekker jeg like mye på jorden som jorden trekker på meg? Newton: Ja. Men du påvirkes mye mer av denne kraften enn jorden gjør. Se på min 2. lov en gang til. Massen er viktig! Newtons 2. + 3. lov Du og jorden trekker på hverandre med samme tyngdekraft F. Du: a = Jord: a = F liten masse F stor masse = stor akselerasjon = liten akselerasjon 4

Newtons gravitasjonslov Hvor stor er tyngdekraften F? F = G M 1 M 2 r 2 (G er gravitasjonskonstanten) M 1 og M 2 er de to massene tyngdekraften virker imellom (f.eks. deg og jorda) r er avstanden fra sentrum til sentrum (ikke 0 når du står på bakken, men ca. 6 371 km) Newtons g-lov + Newtons 2. lov F = G M 1 M 2 r 2 a = F M 2 g = G M 1 (se formelsamling) r 2 g kalles tyngdeakselerasjonen (så mye som farten din endres av tyngdekraften pr. tid) Kort regneoppgave (think-pair-share) Jord-enheter: g = G M r 2 = 1 1 1 2 = 1 g Hva om jorden er dobbelt så stor og dobbelt så tung? Er tyngdekraften da den samme? 1 minutt alene (forstå oppgaven, prøve selv) 2 minutter samarbeid med naboen Felles gjennomgang av oppgaven 5

Kort regneoppgave (think-pair-share) Del det dere kom frem til her: https://padlet.com/o_p_sand/wkhttoym16uz Hvordan vise utregning? (se tavle) Flere regneoppgaver med gravitasjon Se timeplan. Tema i gruppetimene neste uke. Tyngdepunkt/massesenter 6

Keplers 3. lov 4p 2 P 2 = G(m 1 + m 2 ) a3 Gjelder alltid når to legemer beveger seg i bane om felles tyngdepunkt. Eksempel med dobbeltstjerner: http://astro.unl.edu/classaction/animatio ns/binaryvariablestars/eclipsingbinarysim. html Solen og jorden Solen står heller ikke helt i ro Men solen veier så mye mer enn jorden at massesenteret ligger inne i solen (1 solmasse = 333 000 jordmasser) Mens jorden går i bane, flytter solen forsiktig på seg i en liten sirkelbevegelse Rotasjon: Banespinn Hold dere fast! (Altfor) rask forklaring av banespinn for fysikere: https://www.youtube.com/watch?v=iwsu6u0ujs8 7

Rotasjon: Banespinn Så... Hva skal vi ta med oss fra alt dette? Når massen øker, blir spinnet større Når farten* øker, blir spinnet større Når avstanden øker, blir spinnet større (*: men fart innover/utover teller ikke, bare den delen av farten som er på tvers) Nytten av spinnbegrepet For et isolert system (et system som ikke er påvirket av ytre krefter) er spinnet bevart. Det vil si at det ikke endrer seg med tiden. Systemets indre struktur kan endre seg, men spinnet er det samme. Dette kan utnyttes! Spinneksempel Når jorden er lenger unna solen i banen sin, skulle spinnet økt (pga. økt avstand) Men spinnet skal være bevart: Mister jorden masse? Nei Mister jorden hastighet? Ja! Keplers 2. lov 8

Keplers 2. lov (repetisjon) Linjen mellom solen og planeten sveiper over like store areal i like store tidsrom. Konsekvens: Planeten beveger seg raskere når den er nært solen. Kan altså forklares med spinnbevaring Rotasjon: Egenspinn Øker med større radius, masse og rotasjonshastighet Bevart: Mindre radius = større rotasjonsfart 9

https://www.youtube.com/watch?v=u ZlW1a63KZs Spinnbevaring i astrofysikk Vil ha nytte av dette når vi ser på dannelsen av solsystemet, stjerner og galakser. Utgangspunktet er roterende skyer av gass som faller sammen på grunn av interne tyngdekrefter. Når skyen kollapser, roterer den raskere. Etter pausen: Termodynamikk 10

Makro vs. mikro I prinsippet kan vi beregne egenskapene til et system av mange partikler, for eksempel en gass, ved å løse bevegelsesligningene for hver enkelt partikkel det består av. I praksis er dette både umulig og unødvendig. Detaljert informasjon om hva hver enkelt partikkel gjør er unødvendig og uinteressant. Makro vs. mikro Vi er interessert i egenskapene til systemet som helhet. Disse kan oppsummeres i størrelser som temperatur, trykk, volum etc. Grenen av fysikk som behandler dette kalles termodynamikk. Ved hjelp av statistisk fysikk kan makroegenskapene relateres til de mikroskopiske frihetsgradene. Temperatur Temperatur er et uttrykk for den gjennomsnittlige bevegelsesenergien til partiklene i en gass: Jo varmere gassen er, jo mer bevegelsesenergi (høyere hastighet) har gasspartiklene. K = 1 2 mv 2 = 3 2 kt 11

Temperatur K = 1 2 mv 2 = 3 2 kt OBS: Massen til gasspartiklene er også med! Lette gasspartikler (som hydrogen) beveger seg raskere enn tyngre gasspartikler (som oksygen) ved samme temperatur! Ellers blir ikke energien (i snitt) den samme. Jordens atmosfære 78.1 % nitrogen (N 2 ): 28.0134 amu 20.9 % oksygen (O 2 ): 31.9988 amu 0.9 % argon (Ar): 39.948 amu 0.1 % karbondioksid (CO 2 ): 44.0095 amu Hvorfor forsvinner Helium ut av jordens atmosfære? 78.1 % nitrogen (N 2 ): 28.0134 amu 20.9 % oksygen (O 2 ): 31.9988 amu 0.9 % argon (Ar): 39.948 amu 0.1 % karbondioksid (CO 2 ): 44.0095 amu Helium (He): 4.002602 amu Får så høy hastighet at det flyr ut i rommet! 12

Termisk likevekt Et system er i termisk likevekt dersom temperaturen er den samme i hele legemet. To legemer i kontakt med hverandre er i termisk likevekt dersom de har samme temperatur. Dersom temperaturen er forskjellig vil varme utveksles inntil de har samme temperatur. Hva er trykk? https://www.dailymotion.com/video/x1xboa7 _what-is-pressure_creation Trykk = Kraft Areal Trykk = Kraft Areal Gasstrykk Kraften kommer fra kolliderende gassmolekyler Høyere temperatur = høyere hastighet = mer kollisjonskraft = høyere trykk 13

Gasstrykk Trykk = Kraft Areal Kan senke trykket ved å øke arealet: Spre gassen utover et større volum Ill: http://science.taskermilward.org.uk/ Elektromagnetisme Elektrisk felt (ladning) Like ladninger frastøter hverandre Motsatte ladninger (+ og -) tiltrekker hverandre 14

Magnetisk felt Bevegelse i elektrisk og magnetisk felt En ladning som beveger seg, lager et lite magnetfelt Dette går begge veier: Et ytre magnetfelt vil få ladninger i fart til å skifte retning Dette skjer på tvers av magnetfeltet Ladning i fart med magnetfelt 15

Magnetisk induksjon https://www.youtube.c om/watch?v=wx9qbwj BI_Y Ladninger i en metallisk spole er i ro Strømproduksjon En magnet dyttes inn i spolen (vha. energi fra fossefall i vannkraft) Endringen i magnetfeltet får ladningene til å gå rundt i spolen (strøm) Maxwells ligninger (Overhodet ikke pensum!) 16