Fiktive krefter. Gravitasjon og ekvivalensprinsippet

Like dokumenter
Fiktive krefter. Gravitasjon og planetenes bevegelser

Fiktive krefter

Fiktive krefter

Fiktive krefter. Gravitasjon og planetenes bevegelser

Fiktive krefter

Keplers lover. Statikk og likevekt

Newtons lover i én dimensjon (2)

Newtons lover i én dimensjon (2)

Newtons lover i én dimensjon

Newtons lover i én dimensjon (2)

Newtons lover i én dimensjon

Newtons lover i én dimensjon

Fiktive krefter

Stivt legemers dynamikk

SG: Spinn og fiktive krefter. Oppgaver

Stivt legemers dynamikk

Kinematikk i to og tre dimensjoner

Repetisjon

Stivt legemers dynamikk

UNIVERSITETET I OSLO

Stivt legemers dynamikk

Newtons lover i én dimensjon (2)

Repetisjon

Kinematikk i to og tre dimensjoner

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

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

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

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Oppsummert: Kap 1: Størrelser og enheter

FYS-MEK 1110 Løsningsforslag Eksamen Vår 2014

UNIVERSITETET I OSLO

Regneoppgaver i GEOF110 Innføring i atmosfærens og havets dynamikk

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Løsning, gruppeoppgave om corioliskraft og karusell, oppgave 7 uke 15 i FYS-MEK/F 1110 våren 2005

Krefter, Newtons lover, dreiemoment

UNIVERSITETET I OSLO

RF3100 Matematikk og fysikk Regneoppgaver 7 Løsningsforslag.

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

FYSMEK1110 Eksamensverksted 31. Mai 2017 (basert på eksamen 2004, 2013, 2014, 2015,)

UNIVERSITETET I OSLO

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

Newtons lover i to og tre dimensjoner

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2008

GEF Løsningsforslag til oppgaver fra kapittel 6

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS119 VÅR 2017

Theory Norwegian (Norway) Vær vennlig å lese de generelle instruksjonene i den separate konvolutten før du begynner på dette problemet.

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2009

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1001

Kapittel 6 Trykk og vind

UNIVERSITETET I OSLO

Corioliskraften. Forsøk på å forstå et eksotisk fenomen Arnt Inge Vistnes, 27. mars 2006

Fagnr: FIOIA I - Dato: Antall oppgaver: 2 : Antall vedlegg:

Løsningsforslag til ukeoppgave 4

Norges Informasjonstekonlogiske Høgskole

Newtons (og hele universets...) lover

Øving 2: Krefter. Newtons lover. Dreiemoment.

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

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 26/3 2019

Newtons lover i to og tre dimensjoner

Kap. 6+7 Arbeid og energi. Energibevaring.

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2008

Stivt legemers dynamikk

Løsningsforslag Fys-mek1110 V2012

Løsningsforslag til eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Juni 2011

Betinget bevegelse

FAG: FYS105 Fysikk (utsatt eksamen) LÆRER: Per Henrik Hogstad KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

T 1 = (m k + m s ) a (1)

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN Styring av romfartøy Fagkode: STE 6122

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

Obligatorisk oppgave i fysikk våren 2002

Løsningsforslag. Eksamen i Fys-mek1110 våren 2011

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Løsningsforslag til øving 4. m 1 gl = 1 2 m 1v 2 1. = v 1 = 2gL

Vektorstørrelser (har størrelse og retning):

Arbeid og potensiell energi

Prosjektoppgave i FYS-MEK 1110

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Løsningsforslag til øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

Høgskolen i Agder Avdeling for EKSAMEN

Universitetet i Agder Fakultet for helse- og idrettsvitenskap EKSAMEN. Time Is)

EKSAMENSOPPGA VE. Fagnr: FO 44JA Dato: Antall oppgaver:

FAG: Fysikk FYS122 LÆRER: Fysikk : Per Henrik Hogstad (fellesdel) Tore Vehus (linjedel)

Fysikkolympiaden Norsk finale 2018 Løsningsforslag

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 1.

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1000, 17/3 2016

UNIVERSITETET I OSLO

Statikk og likevekt. Elastisitetsteori

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 4

Carl Angell, Eirik Grude Flekkøy og Jostein Riiser Kristiansen

Impuls, bevegelsesmengde, energi. Bevaringslover.

Løsningsforslag til MEF1000 Material og energi - Kapittel 2 Høsten 2006

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 1 Elektrisitet og magnetisme

Transkript:

iktive krefter Gravitasjon og ekvivalensprinsippet 09.05.016 YS-MEK 1110 09.05.016 1

Sentrifugalkraft inertialsystem S f G N friksjon mellom passasjer og sete sentripetalkraft passasjer beveger seg i en sirkelbane f v m e r roterende system S f G N A i roterende system sitter passasjer i ro kreves en kraft som kompenserer sentripetalkraft (=friksjon) sentrifugalkraft v m S e r sentrifugalkraft oppstår bare i det roterende systemet fiktiv kraft sentripetal- og sentrifugalkraft er ikke kraft-motkraft par YS-MEK 1110 09.05.016

Corioliskraft inertialsystem roterende system B B A C A C person B dreier seg ut av skuddlinjen mens ballen beveger seg mot ham det oppstår en fiktiv kraft som avleder ballen Corioliskraft YS-MEK 1110 09.05.016 3

Transformasjon i et roterende koordinatsystem vi antar A 0, 0 ma ma m v m ( r) C S Corioliskraft: C er hastighetsavhengig m v Sentrifugalkraft: m ( r ) S er posisjonsavhengig YS-MEK 1110 09.05.016 4

phi [deg] epetisjon: pendel i inertialsystem radial retning: T mg cos ma v m T tangensial retning: T mgsin ma a T g sin T G pendelen beveger seg på en sirkelbane: v T a T numerisk løsning: 5 4 3 1 0-1 - -3-4 -5 0 5 10 15 0 5 t [s] YS-MEK 1110 09.05.016 5

phi [deg] tangensial akselerasjon: Taylorrekke: sin φ = φ φ3 3! + φ5 5! a T g sin g sin 0 T 1.5 1 0.5 sin φ φ differensialligning g tilnærming for små vinkler: sin 0 g 0 G 0-0.5-1 -1.5-1.5-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 φ [rad] ansats: ( t) Asin( t) Bcos( t) ( t) Acos( t) Bsin( t) for små vinkler: sin φ φ 5 4 3 ( t) Asin( t) Bcos( t) ( t) 1 0-1 g 0 g - -3-4 -5 0 5 10 15 0 5 t [s] ( 0) B initialbetingelser: 0 ( 0) A 0 ( t) 0 cos( t) YS-MEK 1110 09.05.016 6

diff. [deg] diff. [deg] phi [deg] phi [deg] numerisk, t = 0.001 s analytisk med tilnærming sin φ = φ 0 4 10 φ 0 = 0 φ 0 = 4 0 0-10 - -0 0 4 6 t [s] -4 0 4 6 t [s] 0.4 0.01 0.005-0. 0-0.005-0.8 0 4 6 t [s] φ = 0 = 0.3491 rad sin (0 ) = 0.340 differanse: numerisk analytisk -0.01 0 4 6 t [s] φ = 4 = 0.06981 rad sin (4 ) = 0.06976 YS-MEK 1110 09.05.016 7

Corioliskraft på jorden vi definerer et koordinatsystem for et sted med geografisk bredde : akse: øst y akse: nord z akse: oppover vinkelhastighet: tangensial komponent mot nord radial komponent opp (nordlige halvkule) ned (sørlige halvkule) cos ˆj sin kˆ en masse beveger seg med hastighet v m v C y z m( cos ˆj sin kˆ) ( v iˆ v ˆj v kˆ) m v cos kˆ v cos iˆ v sin ˆj v sin iˆ z y y z YS-MEK 1110 09.05.016 8

ocault pendel C, m v y sin v z cos C, y mv sin C, z mv cos for en lang pendel er v z 0 horisontal Corioliskraft: y C, C, y mv y mv sin sin Corioliskraft på pendelen er avhengig av geografisk bredden θ: maksimal på polen null på ekvator y z YS-MEK 1110 09.05.016 9

http://pingo.upb.de/ access number: 89189 Hvor mye tid tar det før pendelen på fysisk institutt har rotert 360? y 1. mindre enn 4 timer. nøyaktig 4 timer 3. mer enn 4 timer YS-MEK 1110 09.05.016 10

jorden bruker 3,9345 timer for en omdreining (siderisk døgn) pendel på Nordpolen: jorden dreier seg under pendelen i 3.9345 timer ĵ y θ z pendel i Oslo (θ = 60): pendel svinger i y planet z sin pendel på ekvator (θ = 0): ingen vertikal komponent z ingen Corioliskraft C, C, y mv y mv sin sin θ vinkelhastighet om z aksen er mindre, perioden lenger: 3.9345 h T sin 60 7.64 h YS-MEK 1110 09.05.016 11

Sentrifugalkraft på jorden sentrifugalkraft: S m ( r) sentrifugalakselerasjon: på ekvator: a S a S ( r) S på breddegrad : a S cos tyngdeakselerasjon er rettet mot jordens sentrum den resulterende akselerasjonen er generell ikke radial radial komponent: g r g 0 as cos g0 (cos ) tangensial komponent: g t a s sin cos sin YS-MEK 1110 09.05.016 1

radial komponent: g r g 0 (cos ) tangensial komponent: g t cos sin siderisk døgn: T = 3.9345 h = 86164 s 5 s -1 7.910 T S jordens radius: 6.3810 6 m Nordpol: Oslo (59.9): Paris (48.8): Ekvator: gr 9.83 m/s g t 0 g r 9.835 m/s g t g r 9.817 m/s g t gr 9.798 m/s g t 0 0.0147 m/s 0.0168 m/s tangensialakselerasjon mot ekvator jordens radius er større på ekvator enn på polene ekv pol 6378.137 6356.75 km km YS-MEK 1110 09.05.016 13

konsekvens av utflatning: gravitasjonskraft fra solen på jorden gir et kraftmoment spinn forandrer seg i retning av kraftmomentet presesjonsbevegelse periode: 5800 a d l dt Polaris solen Vega YS-MEK 1110 09.05.016 14

http://pingo.upb.de/ access number: 89189 Månens masse er 1/81 av Jordens masse. Sammenliknet med gravitasjonskraften som Jorden utøver på månen, så er gravitasjonskraften månen utøver på Jorden: A. 81² = 6561 ganger større B. 81 ganger større C. like stor D. 1/81 så stor E. (1/81)² så stor Jorden Månen m m 1 1på G r 3 1 r1 kraft-motkraft par r 1 r 1 YS-MEK 1110 09.05.016 15

Newtons gravitasjonslov mellom ethvert partikkelpar i universet gjelder: r 1 r r hvor 1 1på m1m G r ˆ u r 1 ˆ u r r r 1 1 m m 1 1på G r 3 1 r1 YS-MEK 1110 09.05.016 16

http://pingo.upb.de/ access number: 89189 En astronaut med masse m A = 75 kg veier W J = m A g = 735.75 N på jorden. Hvor mye veier han i en romferje som befinner seg i en orbit 00 km over jordens overflate? A. W = 0 N B. W = 689.8 N C. W = 735.8 N på jorden: W J mj ma G m g 75 kg 9.81 m/s 735.8 N A i romferjen: W J mj ma G 75 kg 9. m/s 689.8 N (6380 km 00 km) romferjen er i fritt fall rundt jorden en astronaut føler seg vektløs YS-MEK 1110 09.05.016 17

Ekvivalensprinsippet Newtons andre lov: ma gravitasjonskraft: G G for et legeme som befinner seg på jordens overflate: m m r 1 Vi kan bruke NL for å definere masse: m a a inertialmasse G m mg J J mg ekvivalensprinsip: a = g m a m G Vi kan bruke gravitasjonsloven for å definere masse: Alle legemer faller like rask i jordens tyngdefelt (i vakuum). m G g G gravitasjonell masse YS-MEK 1110 09.05.016 18

Tankeeksperiment Hvordan vet du at du befinner deg i jordens tyngdefelt? Hvordan vet du at du at du er vektløs? YS-MEK 1110 09.05.016 19

http://pingo.upb.de/ access number: 89189 Kan du bruke en heliumballong for å finne ut om du er på jorden eller i en akselerert rakett? I raketten A. stiger ballongen opp. B. synker ballongen ned. C. er ballongen i ro. YS-MEK 1110 09.05.016 0

https://www.youtube.com/watch?v=y8mzdvpkzfy YS-MEK 1110 09.05.016 1