DYNAMIKA UKŁADU PUNKTÓW MATERIALNYCH

Podobne dokumenty
DYNAMIKA UKŁADU PUNKTÓW MATERIALNYCH

STATYKA. Cel statyki. Prof. Edmund Wittbrodt

BRYŁA SZTYWNA. Zestaw foliogramów. Opracowała Lucja Duda II Liceum Ogólnokształcące w Pabianicach

Wykład FIZYKA I. 6. Zasada zachowania pędu. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

RUCH OBROTOWY Można opisać ruch obrotowy ze stałym przyspieszeniem ε poprzez analogię do ruchu postępowego jednostajnie zmiennego.

PŁASKA GEOMETRIA MAS. Środek ciężkości figury płaskiej

WYZNACZANIE WARTOŚCI ENERGII ROZPRASZANEJ PODCZAS ZDERZENIA CIAŁ

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

Różniczkowanie funkcji rzeczywistych wielu zmiennych. Matematyka Studium doktoranckie KAE SGH Semestr letni 2008/2009 R. Łochowski

ZASADA ZACHOWANIA MOMENTU PĘDU: PODSTAWY DYNAMIKI BRYŁY SZTYWNEJ

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

PF11- Dynamika bryły sztywnej.

Permutacje. } r ( ) ( ) ( ) 1 2 n. f = M. Przybycień Matematyczne Metody Fizyki I Wykład 2-2

1. Relacja preferencji

Podstawy fizyki sezon 1 V. Ruch obrotowy 1 (!)

Opis ruchu obrotowego

OBLICZANIE NIEPEWNOŚCI METODĄ TYPU B

Wykład FIZYKA I. 7. Dynamika ruchu obrotowego. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład FIZYKA I. 7. Dynamika ruchu obrotowego. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

N ( µ, σ ). Wyznacz estymatory parametrów µ i. Y które są niezależnymi zmiennymi losowymi.

OBLICZANIE GEOMETRYCZNYCH MOMENTÓW BEZWŁADNOŚCI FIGUR PŁASKICH, TWIERDZENIE STEINERA LABORATORIUM RACHUNKOWE

TARCIE CIĘGIEN O POWIERZCHNIĘ WALCOWĄ WZÓR EULERA

Laboratorium z Biomechatroniki Ćwiczenie 3 Wyznaczanie położenia środka masy ciała człowieka za pomocą dźwigni jednostronnej

(M2) Dynamika 1. ŚRODEK MASY. T. Środek ciężkości i środek masy

Moment siły (z ang. torque, inna nazwa moment obrotowy)

będzie momentem Twierdzenie Steinera

Wyznaczanie oporu naczyniowego kapilary w przepływie laminarnym.

FUNKCJE DWÓCH ZMIENNYCH

Dynamika Newtonowska trzy zasady dynamiki

Siła jest przyczyną przyspieszenia. Siła jest wektorem. Siła wypadkowa jest sumą wektorową działających sił.

r i m r Fwyp R CM Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXIII: Przypomnienie: statyka

System finansowy gospodarki

Podstawy fizyki wykład 4

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Ruch obrotowy INZYNIERIAMATERIALOWAPL. Kierunek Wyróżniony przez PKA

Matematyka dyskretna. 10. Funkcja Möbiusa

Podstawy fizyki wykład 4

Dynamika układu punktów materialnych

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 2

UOGÓLNIONA ANALIZA WRAŻLIWOŚCI ZYSKU W PRZEDSIĘBIORSTWIE PRODUKUJĄCYM N-ASORTYMENTÓW. 1. Wprowadzenie

MECHANIKA 2 MOMENT BEZWŁADNOŚCI. Wykład Nr 10. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

ver ruch bryły

VII.1 Pojęcia podstawowe.

v 6 i 7 j. Wyznacz wektora momentu pędu czaski względem początku układu współrzędnych.

Ruch obrotowy bryły sztywnej. Bryła sztywna - ciało, w którym odległości między poszczególnymi punktami ciała są stałe

TMM-2 Analiza kinematyki manipulatora metodą analityczną

Dynamika układu punktów materialnych

Bryła sztywna. Wstęp do Fizyki I (B+C) Wykład XIX: Prawa ruchu Moment bezwładności Energia ruchu obrotowego

R o z d z i a ł 4 MECHANIKA CIAŁA SZTYWNEGO

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXI: Statyka Prawa ruchu Moment bezwładności Energia ruchu obrotowego

Energia potencjalna jest energią zgromadzoną w układzie. Energia potencjalna może być zmieniona w inną formę energii (na przykład energię kinetyczną)

12 RUCH OBROTOWY BRYŁY SZTYWNEJ I. a=εr. 2 t. Włodzimierz Wolczyński. Przyspieszenie kątowe. ε przyspieszenie kątowe [ ω prędkość kątowa

DYNAMIKA WYKŁAD 3 3. DYNAMIKA PUNKTU MATERIALNEGO

Indukcja matematyczna

Mechanika Bryły y Sztywnej - Ruch Obrotowy. Bryła a Sztywna. Model górnej kończyny Model kręgosłupa

Mec Me han a ik i a a o gólna Wyp W a yp dko dk w o a w do d w o o w l o ne n g e o g o ukł uk a ł du du sił.

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

EKSTREMA FUNKCJI EKSTREMA FUNKCJI JEDNEJ ZMIENNEJ. Tw. Weierstrassa Każda funkcja ciągła na przedziale domkniętym ma wartość najmniejszą i największą.

System finansowy gospodarki

Materiały pomocnicze 5 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

ZAGADNIENIE TRANSPORTOWE

Warunek równowagi bryły sztywnej: Znikanie sumy sił przyłożonych i sumy momentów sił przyłożonych.

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 9 1.XII Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Równa Równ n a i n e i ru r ch u u ch u po tor t ze (równanie drogi) Prędkoś ędkoś w ru r ch u u ch pros pr t os ol t i ol n i io i wym

S T A T Y K A ZASADY (AKSJOMATY) STATYKI

Ciało sztywne i moment bezwładności Ciekawe przykłady ruchu obrotowego Dynamika ruchu obrotowego Kinematyka ruchu obrotowego Obliczanie momentu

Wyznaczanie momentów bezwładności brył sztywnych metodą zawieszenia trójnitkowego

Mechanika ogólna. Kinematyka. Równania ruchu punktu materialnego. Podstawowe pojęcia. Równanie ruchu po torze (równanie drogi)

Pierwsze dwa podpunkty tego zadania dotyczyły równowagi sił, dla naszych rozważań na temat dynamiki ruchu obrotowego interesujące będzie zadanie 3.3.

Pomiary parametrów napięć i prądów przemiennych

Zasady dynamiki Isaak Newton (1686 r.)

POPULACJA I PRÓBA. Próba reprezentatywna. Dr Adam Michczyński - METODY ANALIZY DANYCH POMIAROWYCH 5 1

Analiza Matematyczna Ćwiczenia. J. de Lucas

I. Elementy analizy matematycznej

Statystyczne charakterystyki liczbowe szeregu

S T A T Y K A ZASADY (AKSJOMATY 1 ) STATYKI

Mechanika ogólna / Tadeusz Niezgodziński. - Wyd. 1, dodr. 5. Warszawa, Spis treści

III Zasada Dynamiki Newtona. Wykład 5: Układy cząstek i bryła sztywna. Przykład. Jak odpowiesz na pytania?

Novosibirsk, Russia, September 2002

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

Bryła sztywna. Wstęp do Fizyki I (B+C) Wykład XXI:

ZASADY DYNAMIKI. Przedmiotem dynamiki jest badanie przyczyn i sposobów zmiany ruchu ciał.

Regresja REGRESJA

METODY KOMPUTEROWE 1

W zadaniu nie ma polecenia wyznaczania estymatora nieobciążonego o minimalnej wariancji. σ σ σ σ σ = =

ZMIENNA LOSOWA JEDNOWYMIAROWA POJĘCIE ZMIENNEJ LOSOWEJ

W zadaniu nie ma polecenia wyznaczania estymatora nieobciążonego o minimalnej wariancji. σ σ σ σ σ = =

. Wtedy E V U jest równa

Podstawy fizyki sezon 1 IV. Pęd, zasada zachowania pędu

Podprzestrzenie macierzowe

PERMUTACJE Permutacją zbioru n-elementowego X nazywamy dowolną wzajemnie jednoznaczną funkcję f : X X X

FINANSE II. Model jednowskaźnikowy Sharpe a.

M2. WYZNACZANIE MOMENTU BEZWŁADNOŚCI WAHADŁA OBERBECKA

5. OPTYMALIZACJA NIELINIOWA

Zadanie. Oczywiście masa sklejonych ciał jest sumą poszczególnych mas. Zasada zachowania pędu: pozwala obliczyć prędkość po zderzeniu

Bryła sztywna Zadanie domowe

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 7 16.XI Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

MATEMATYKA STOSOWANA W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Transkrypt:

WYKŁAD 3 DYNAIKA UKŁADU PUNKTÓW ATERIALNYCH UKŁAD PUNKTÓW ATERIALNYCH zbór skończoej lczby puktów materalych o zadaej kofguracj przestrzeej. Obłok Oorta Pas Kupera Pluto Neptu Ura Satur Jowsz Plaetody ars Ksężyc Zema Weus erkury Słońce Układ plaetary, w którym plaety Słońce moża traktować jak układ puktów materalych 1

DEFINICJE: ŚRODEK ASY Załóżmy, że układ jest złożoy z puktów materalych o masach:. Środkem masy albo środkem bezwładośc tego układu azywamy pukt S, którego położee dae jest wzorem: r S 1 mr 1 (3.1) gdze: 1 m (3.2) r - promeń wodzący -tego puktu materalego r S - promeń wodzący środka masy 2

Obekt o cągłym rozkładze masy Gdy lczba częśc, wtedy Środek masy c.d. W przypadku cała o cągłym rozkładze masy dzelmy je w myśl a - małych częśc o masach m1, m2,..., m, Wzór (4.1) przyjmuje wtedy postać: r S lm 1 1 m r m r S 1 1 m r Grace sum w powyższym wzorze wyrażają sę odpowedm całkam ozaczoym, stąd PROIEŃ WODZĄCY ŚRODKA ASY: r S 0 1 0 rdm dm V 0 r dv przy czym ozacza całkowtą masę; a 0 dm m (3.3) (3.4) - gęstość cała. 3

Środek masy c.d. 3.2. PĘD UKŁADU PUNKTÓW ATERIALNYCH przypomee) Każde cało moża traktować jako układ puktów materalych. Dlatego pęd cała możemy oblczyć jako sumę pędów wszystkch - puktów materalych cała: Pamętając o wyrażeu a prędkość: p 1 p 1 m v 1 m v m dr d 1 m r (3.5) (3.6) Po podstaweu do wyrażea (3.6) wzoru (3.1), otrzymamy: Zatem: p d dr S rs vs pęd środka masy układu (3.7) (3.8) Suma pędów układu Puktów materalych = Pędow jego środka masy 4

PRĘDKOŚĆ ŚRODKA ASY: (3.9) 3.3 UOGÓLNIONA II ZASADA DYNAIKI NEWTONA I RÓWNANIE ŚRODKA ASY UKŁADU: dp dp dp dp 1 2 3 F1, F2, F3,..., F dp dp dpsm Sumując stroam:, oraz uwzględając zależość F 1 Ia postać rówaa ruchu środka masy układu: 1 1 Otrzymujemy rówae ruchu środka masy układu : Z powyższego rówaa wyka, że: dp sm 1 dv S (3.10) Środek masy układu puktu materalych porusza sę tak, jak pukt materaly, w którym skupoa jest całkowta masa układu, a który dzała sła, rówa wypadkowej sł zewętrzych przyłożoych do układu. Jest to twerdzee o ruchu środka masy. F a S F wyp (3.11) 5

Dyamka układu puktów materalych Ze wzoru (4.20) wyka, że a każdy pukt dzałają sły wewętrze zewętrze dp F F F ( w) ( z) (3.12) Oddzaływaa dowolych dwóch cał w układze zoszą sę wzajeme (III zasada dyamk), zatem: (3.13) WNIOSKI: Sły wewętrze e mają wpływu a ruch układu. F ( z) 0 Gdy, to przyspeszee środka masy jest rówe zeru, czyl środek masy albo porusza sę ruchem jedostajym prostolowym, albo spoczywa. 1 dp 1 F ( z) (3.14) 6

3.4. ZASADA ZACHOWANIA PĘDU Dyamka puktu materalego Układ odosoboy (zamkęty, zoloway): jest to układ, a który e dzałają żade sły zewętrze (źródła wszystkch sł zajdują sę w obrębe samego układu; są to sły oddzaływaa mędzy całam układu). Rozpatrzmy układ odosoboy złożoy z cał o masach m, 1 m2,..., m.cała te mają prędkośc v 1, v2,..., v. Ozaczmy sły (wewętrze!) jakm cała dzałają a sebe jako: Fk sła, jaką cało k-te dzała a cało -te. Z II zasady dyamk Newtoa: Dodając stroam powyższe rówaa: 1 d d d d dp F wyp m1 v1 F12 F13... F1 m2 v2 F21 F23... F2 mv F 1 F 2... F m v F12 F21... F 1 F 1 (3.15) 7

Z III zasady dyamk Newtoa mamy: Zasada zachowaa pędu c.d. F k F k Podstawając te waruek do poprzedego rówaa (4.25), otrzymujemy: 1 d d m v mv 1 0 (3.16) Pęd układu rówy jest sume pędów poszczególych elemetów: Ostatecze, otrzymujemy: ZASADĘ ZACHOWANIA PĘDU p dp p mv 1 0 1 p cost (3.17) stąd (3.18) Suma wektorowa pędów wszystkch elemetów układu zolowaego pozostaje stała. 8

ZASADA ZACHOWANIA PĘDU C.D. Podoby rezultat osągemy, gdy rozważymy dzałae sły zewętrzej a dokładej: układ sł zewętrzych, których wypadkową jest ( z). F wyp Wtedy druga zasada dyamk Newtoa dla układu N puktów materalych: (3.19) Jeżel ( z) F wyp 0, to p cost (3.20) ZASADA ZACHOWANIA PĘDU: Jeżel a układ e dzałają sły zewętrze lub oddzałujące sły sę rówoważą, to pęd układu pozostaje stały. Ia postać sformułowaa zasady zachowaa pędu: Suma pędów wszystkch cał układu w momece początkowym rówa sę sume pędów tych cał w dowolym momece późejszym. (Najczęścej stosowaa do zagadea zderzeń). 9

Przykład: raketa z butelk Zasada zachowaa pędu - kosekwecje Z butelk plastkowej, w połowe wypełoej wodą odwrócoą do góry dem, wypompowujemy powetrze. Zwolee spustu umożlwa wytrysk wody w dół, zaś butelka szybuje w górę. Pęd układu pozostaje rówy zeru. 10

3.5. DYNAIKA BRYŁY SZTYWNEJ DYNAIKA BRYŁY SZTYWNEJ POJĘCIE BRYŁY SZTYWNEJ (Czy steje deala bryła sztywa?) Każde cało możemy uważać za układ puktów materalych, których suma mas rówa sę całkowtej mase cała: 1 m Bryła sztywa,to take cało, które pod dzałaem sł e ulega odkształceom, tz. odległośc mędzy dwoma dowolym jego puktam materalym pozostają stałe. Dla bryły sztywej obowązują wszystke wosk zależośc słusze dla układu puktów materalych. Rodzaje ruchu bryły sztywej: a) ruch postępowy- dowoly odcek łączący dwa pukty bryły zachowuje stale położee do sebe rówoległe. W ruchu postępowym wszystke pukty bryły zakreślają take same tory, maja jedakowe prędkośc przyspezea. b) ruch obrotowy wszystke pukty daego cała poruszają sę po okręgach, których środk zajdują sę a jedej prostej os obrotu. Perwszym człowekem, który opsał śrubę, był greck uczoy fzyk -Archmedes (około 287-212 p..e.). W całym atyczym śwece śruba Archmedesa używaa była do podoszea pozomu wody. 11

Ruch obrotowy c.d. Welkośc charakteryzujące ruch obrotowy (przypomee): Okres, T (1s)- czas, w którym cało wykouje jede pełe obrót. 1 Częstotlwość, (1s 1Hz) - lczba obrotów wykoaych przez cało w czase jedej sekudy; odwrotość okresu. Częstość kołowa - zwaa też predkoścą prędkoścą kątową, kąt zakreśloy w jedostce czasu przez cało będące w ruchu obrotowym. ch wzajeme zwązk: (3.21) (3.22) przyspeszee kątowe d d (3.23) 2 2 (3.24) 12

DYNAIKA BRYŁY SZTYWNEJ OENT SIŁY Rozważmy ruch bryły sztywej wokół puktu O, zwaego środkem obrotu cała. Umeśćmy w tym pukce początek układu współrzędych. Nech F ozacza wypadkową wszystkch sł zewętrzych, przyłożoych do puktu -tego. F omet sły względem puktu O: (defcja wektorowa) r F (3.25). 13

OENT BEZWŁADNOŚCI UKŁADU PUNKTÓW ATERIALNYCH. 3.5.1 OENTE BEZWŁADNOŚCI bryły sztywej względem pewej os azywamy wyrażee: (4.26) W przypadku cał rzeczywstych, a węc takch dla których masa jest rozłożoa w sposób cągły stosuje sę postać całkową defcj pozwalającą oblczać rzeczywste momety bezwładośc: POSTAĆ CAŁKOWA: (3.27) Gdze: r2- ozacza zmeą określającą odległość elemetu masy dm od os obrotu. omety bezwładośc klku popularych brył: a) rura c) kula b) walec peły d) pręt (WYPROWADZENIA WZORÓW NA TABLICY) 14

Dyamka bryły sztywej 3.5.2. TWIERDZENIE STEINERA (twerdzee o osach rówoległych) O O Załóżmy, że zamy momet bezwładośc cała ( ) względem pewej os obrotu ( O), ale cało obraca sę względem ej os ( O' ), rówoległej do ej (rys). d m Jeżel momet bezwładośc bryły o mase lczoy względem os przechodzącej przez jej środek masy wyos I 0, to momet bezwładośc I lczoy względem ej os rówoległej do poprzedej oddaloej od ej o d jest rówy : I I md 0 2 (3.28) WNIOSKI: * omet bezwładośc zależy od wyboru os obrotu. *Gdy środek masy cała oddala sę od os obrotu, to momet bezwładośc cała względem tej os wzrasta. 15

DYNAIKA BRYŁY SZTYWNEJ 3.5.3. RÓWNANIE NEWTONA DLA RUCHU OBROTOWEGO (3.29) II Zasada dyamk Newtoa dla ruchu obrotowego I z z (3.30) Przyspeszee kątowe bryły sztywej obracającej sę wokół eruchomej os jest wprost proporcjoale do wypadkowego mometu (względem tej os) wszystkch sł zewętrzych dzałających a cało odwrote proporcjoaly do mometu bezwładośc cała. 16

Dyamka bryły sztywej ometu pędu def. (3.31) (3.32) Zwązek mędzy mometem pędu a prędkoścą kątową Czy wektory mometu pędu prędkośc kątowej bryły sztywej zawsze są rówoległe? 17

Dyamka bryły sztywej Rówae ruchu obrotowego c.d. Rówae Newtoa dla ruchu obrotowego wąże momet sły dzałającej a pukt materaly będący w ruchu obrotowym z pochodą po czase jego mometu pędu. (4.33) Szybkość zmay mometu pędu cała względem eruchomej os obrotu rówa sę wypadkowemu mometow (względem tej os) sł zewętrzych dzałających a cało. 18

3.5.4. ZASADA ZACHOWANIA OENTU PĘDU Z zasady dyamk dla ruchu obrotowego: Dyamka bryły sztywej dl dl wyka wprost: 0 0 L costt (3.34) Jeżel wypadkowy momet sł zewętrzych względem eruchomego puktu cała rówa sę zeru, to momet pędu cała względem tego puktu e zmea sę w czase. oża pokazać, że róweż: momet pędu zamkętego układu cał względem dowolego uktu eruchomego jest stały. Podobe: jeśl sły zewętrze dają momet względem eruchomej os rówy zeru, to momet pędu cała względem tej os e zmea sę podczas ruchu. (Pokazy: wahadło Oberbecka, żyroskop, stołeczek + hatle, koło rowerowe) 19

DYNAIKA BRYŁY SZTYWNEJ 3.5.5. ENERGIA KINETYCZNA RUCHU OBROTOWEGO Eerga ketycza cała w ruchu obrotowym E K 2 I 2 (3.45) WNIOSEK: Aby zwększyć eerge ketyczą cała w ruchu obrotowym trzeba e tylko adać mu dużą prędkość kątową, ale także uczyć możlwe dużym jego momet bezwładośc. oża to zrealzować zwększając masę cała, co e zawsze jest wygode w praktyce, a moża też ( to skuteczej, bo zależość od kwadratu) poprzez rozmeszczee masy w możlwe dużej odległośc od os obrotu. 20

Dyamka bryły sztywej Przykład. (Rola mometu bezwładośc) Dwa walce (rys.) o tej samej mase średcy staczają sę z tej samej rów pochyłej. Który perwszy osąge podstawę? Co jest powodem tej różcy? 21

Dzękuję za uwagę! 22