Kinematyka: opis ruchu

Podobne dokumenty
Kinematyka: opis ruchu

Kinematyka: opis ruchu

Kinematyka: opis ruchu

Kinematyka: opis ruchu

Prawa ruchu: dynamika

Mechanika ruchu obrotowego

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

3. KINEMATYKA Kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się opisem ruchu ciał bez wnikania w jego przyczyny. Oznacza to, że nie interesuje nas

Podstawy fizyki sezon 1 VII. Ruch drgający

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

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

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

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

MECHANIKA II. Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

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

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

R o z d z i a ł 2 KINEMATYKA PUNKTU MATERIALNEGO

Prawa ruchu: dynamika

MECHANIKA 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

PODSTAWY FIZYKI - WYKŁAD 1 WSTEP KINEMATYKA - OPIS RUCHU DYNAMIKA - OPIS ODDZIAŁYWAŃ. Piotr Nieżurawski.

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Prawa ruchu: dynamika

WAHADŁO SPRĘŻYNOWE. POMIAR POLA ELIPSY ENERGII.

Wykład z modelowania matematycznego. Przykłady modelowania w mechanice i elektrotechnice.

O ruchu. 10 m. Założenia kinematyki. Najprostsza obserwowana zmiana. Opis w kategoriach przestrzeni i czasu ( geometria fizyki ).

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

TEORIA DRGAŃ Program wykładu 2016

Wykład 2. Kinematyka. Podstawowe wielkości opisujące ruch. W tekście tym przedstawię podstawowe pojecia niezbędne do opiosu ruchu:

Wydział Inżynierii Środowiska; kierunek Inż. Środowiska. Lista 2. do kursu Fizyka. Rok. ak. 2012/13 sem. letni

Ruch drgajacy. Drgania harmoniczne. Drgania harmoniczne... Drgania harmoniczne... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż.

Pojęcia podstawowe. Ruch Księżyca w układzie związanym z Ziemią i ruch układu Ziemia-Księżyc w układzie związanym ze Słońcem

Wykład 6 Drgania. Siła harmoniczna

Ruch pod wpływem sił zachowawczych

J. Szantyr - Wykład 3 Równowaga płynu

MECHANIKA 2. Drgania punktu materialnego. Wykład Nr 8. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Ruch drgający. Ruch harmoniczny prosty, tłumiony i wymuszony

Ruch. Kinematyka zajmuje się opisem ruchu różnych ciał bez wnikania w przyczyny, które ruch ciał spowodował.

Wykład FIZYKA I. 10. Ruch drgający tłumiony i wymuszony. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład FIZYKA I. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak. Katedra Optyki i Fotoniki Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechnika Wrocławska

Ćwiczenia 4 / 5 rachunek różniczkowy

Siła sprężystości - przypomnienie

ELEKTROTECHNIKA Semestr 2 Rok akad / ZADANIA Z MATEMATYKI Zestaw Oblicz pochodne cząstkowe rzędu drugiego funkcji:

Część I. MECHANIKA. Wykład KINEMATYKA PUNKTU MATERIALNEGO. Ruch jednowymiarowy Ruch na płaszczyźnie i w przestrzeni.

Równania różniczkowe cząstkowe drugiego rzędu

Prawa ruchu: dynamika

Rozdział 2. Kinematyka

Wykład 3 Równania rózniczkowe cd

IX. MECHANIKA (FIZYKA) KWANTOWA

Drgania. O. Harmoniczny

Wykład 2 - zagadnienie dwóch ciał (od praw Keplera do prawa powszechnego ciążenia i z powrotem..)

RUCH HARMONICZNY. sin. (r.j.o) sin

MECHANIKA 2. Praca, moc, energia. Wykład Nr 11. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Analiza Matematyczna część 5

lub też (uwzględniając fakt, że poruszają się w kierunkach prostopadłych) w układzie współrzędnych kartezjańskich: x 1 (t) = v 1 t y 2 (t) = v 2 t

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

Definicje i przykłady

KINEMATYKA I DYNAMIKA CIAŁA STAŁEGO. dr inż. Janusz Zachwieja wykład opracowany na podstawie literatury

Wstęp do równań różniczkowych

Wstęp. Ruch po okręgu w kartezjańskim układzie współrzędnych

Zagadnienie dwóch ciał

MECHANIKA 2 Wykład 7 Dynamiczne równania ruchu

Fizyka 2 Wróbel Wojciech

Kinematyka, Dynamika, Elementy Szczególnej Teorii Względności

MiBM sem. III Zakres materiału wykładu z fizyki

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

VII. Drgania układów nieliniowych

a, F Włodzimierz Wolczyński sin wychylenie cos cos prędkość sin sin przyspieszenie sin sin siła współczynnik sprężystości energia potencjalna

Mechanika. Wykład 2. Paweł Staszel

Zasada zachowania energii

Równania różniczkowe zwyczajne

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Wykład 9. Fizyka 1 (Informatyka - EEIiA 2006/07)

Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 1. Równania różniczkowe zwyczajne podstawy teoretyczne. P. F. Góra

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

18. Siły bezwładności Siła bezwładności w ruchu postępowych Siła odśrodkowa bezwładności Siła Coriolisa

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

y(t) = y 0 + R sin t, t R. z(t) = h 2π t

Zadania z mechaniki dla nanostudentów. Seria 3. (wykład prof. J. Majewskiego)

Wykład 1: Fale wstęp. Drgania Katarzyna Weron. WPPT, Matematyka Stosowana

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Zasada zachowania energii

MECHANIKA II. Drgania wymuszone

Podstawy fizyki wykład 7

Zakres materiału do testu przyrostu kompetencji z fizyki w kl. II

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

PRACOWNIA FIZYCZNA I

Co to są równania ruchu? Jak je całkować?

Więzy i ich klasyfikacja Wykład 2

mechanika analityczna 1 nierelatywistyczna L.D.Landau, E.M.Lifszyc Krótki kurs fizyki teoretycznej

Równania różniczkowe liniowe rzędu pierwszego

Lista zadań nr 2 z Matematyki II

5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

Fizyka Elementarna rozwiązania zadań. Część 20, 21 i 22 Przygotowanie: Grzegorz Brona,

Kinematyka płynów - zadania

Promieniowanie dipolowe

Drgania i fale II rok Fizyk BC

Dynamika. Fizyka I (Mechanika) Wykład IV: Rozwiazywanie równań ruchu ruch w jednorodnym polu elektrycznym i magnetycznym Dynamika ruchu po okręgu

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 3 19.X Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Plan wykładu. Ruch drgajacy. Drgania harmoniczne... Drgania harmoniczne. Oscylator harmoniczny Przykłady zastosowań. dr inż.

Transkrypt:

Kinematyka: opis ruchu Fizyka I (B+C) Wykład IV: Ruch jednostajnie przyspieszony Ruch harmoniczny Ruch po okręgu

Klasyfikacja ruchów Ze względu na tor wybrane przypadki szczególne prostoliniowy, odbywajacy się wzdłuż lini prostej Zawsze możemy tak wybrać układ współrzędnych aby y(t) = z(t) = 0 r(t) = i x x(t) płaski, odbywajacy się w ustalonej płaszczyźnie po okręgu Ze względu na przyspieszenie z(t) = 0 r(t) = i x x(t) + i y y(t) jednostajny wartość prędkości pozostaje stała: V = const jednostajnie przyspieszony przyspieszenie jest stałe: a = const A.F.Żarnecki Wykład IV 1

Ruch jednostajnie przyspieszony Prostoliniowy Prędkość jest liniowa funkcja czasu: V = V 0 + Położenie jest kwadratowa funkcja czasu: x = x 0 + t t t 0 a = V 0 + a (t t 0 ) t 0 V = x 0 + = x 0 + V 0 (t t 0 ) + 1 2 a (t t 0) 2 t t 0 [V 0 + a (t t 0 )] Drogi w kolejnych odcinkach czasu maja się do siebie jak kolejne liczby nieparzyste: x 1 : x 2 : x 3 :... = 1 : 3 : 5 : 7 :... A.F.Żarnecki Wykład IV 2

Ruch jednostajnie przyspieszony W ogólnym przypadku ruch jednostajnie przyspieszony nie jest prostoliniowy. V = V 0 + a (t t 0 ) r = r 0 + V 0 (t t 0 ) + 1 2 a (t t 0) 2 Ruch będzie się odbywał w płaszczyźnie przechodzacej przez r 0 i wyznaczonej przez kierunki wektorów V 0 i a. Możemy wybrać układ współrzędnych tak aby: i x a iy a ruch jednostajny (X) ruch jednostajnie przyspieszony (Y) spoczynek (Z): a x = 0 a y = a a z = 0 V x = V x,0 = const V y = V y,0 + a t V z = 0 x = x 0 + V x,0 (t t 0 ) y = y 0 + V y,0 (t t 0 ) + 1 2 a (t t 0) 2 z = 0 A.F.Żarnecki Wykład IV 3

Ruch jednostajnie przyspieszony Ruch w polu grawitacyjnym Ruch ciala w jednorodnym polu grawitacyjnym: a = g = (0, g, 0) (wygodny wybór układu współrzędnych) Pole grawitacyjne Ziemi możemy przyjać za jednorodne, jeśli badamy ruch na odległościach r R Z Rodzaje ruchu: spadek swobodny: V 0 = 0 (ruch prostoliniowy) rzut pionowy: θ = ±π/2 (ruch prostoliniowy) rzut poziomy: θ = 0 rzut ukośny: θ 0, π/2,... y h V 0 g Θ x A.F.Żarnecki Wykład IV 4

Ruch jednostajnie przyspieszony Spadek swobodny y g x Położenie zależy kwadratowo od czasu: y = h g 2 t2 y(0) = h, Vy(0) = 0 A.F.Żarnecki Wykład IV 5

Ruch jednostajnie przyspieszony Spadek swobodny Wyniki domowych pomiarów: y [m] 0 g = 9.7 ± 0.7 m/s 2-0.2-0.4-0.6 0 0.1 0.2 0.3 t [s] A.F.Żarnecki Wykład IV 6

Ruch jednostajnie przyspieszony Ruch w polu grawitacyjnym Niezależność ruchów: t 0 = 0, x 0 = 0, y 0 = h x = V x,0 t = V 0 cos θ t ruch w poziomie zależy tylko od V x,0 y h V 0 Θ y = h + V y,0 t g 2 t2 = h + V 0 sin θ t g 2 t2 ruch w pionie zależy tylko od V y,0 Rzut poziomy θ = 0 V y,0 czas spadania nie zależy od V 0 : t = l 2h g x Dwa ciała o tym samym V (1) x,0 = V (2) x,0 taki sam ruch w poziomie: x(1) (t) = x (2) (t) A.F.Żarnecki Wykład IV 7

Ruch jednostajnie przyspieszony Ruch w polu grawitacyjnym y h V 0 Θ l x Tor w rzucie ukośnym: y = h + x tan θ x 2 g 2V 2 0 cos2 θ 2 parabola Zasięg dla h=0 l = V 2 0 g sin(2θ) największy zasięg dla θ = π 4 (45 ) A.F.Żarnecki Wykład IV 8

Ruch harmoniczny Szczególny przykład ruchu drgajacego: x = A sin(ωt + φ) x 1 0.5 Parametry amplituda A 0-0.5 1 2 t częstość kołowa ω okres drgań T = 2π ω faza poczatkowa φ Prędkość: V = dx -1 = ω A cos(ωt + φ) Przyspieszenie: a = dv = ω2 A sin(ωt + φ) = ω 2 x A.F.Żarnecki Wykład IV 9

Ruch harmoniczny Równanie oscylatora harmonicznego: d 2 x 2 = ω2 x d 2 r 2 = ω2 r Równanie oscylatora dobrze opisuje zachowanie wielu układów fizycznych: ciężarek na sprężynie wahadło matematyczne (dla małych wychyleń) kamerton, struna, itp... A.F.Żarnecki Wykład IV 10

Równiania rózniczkowe Równanie oscylatora harmonicznego jest przykładem równania różniczkowego Nasza wiedza nt. ruchu ciała przedstawiana jest często w postaci równan różniczkowych (równań ruchu). Aby znaleźć opis ruchu ciała trzeba te równania rozwiazać. Równania rzędu pierwszego Postać ogólna: F (x, y, y ) = 0 Najłatwiej rozwiazać problemy, które daja się sprowadzić do postaci rozwikłanej względem pochodnej: y = f(x, y) lub (postać równoważna): a(x, y) dx + b(x, y) dy = 0 Jeśli potrafimy rozdzielić zmienne y = dy = f(x) g(y) dx to rozwiazanie równania sprowadza się do całkowania: dy g(y) = f(x) dx + C A.F.Żarnecki Wykład IV 11

Równiania rózniczkowe Przykład Rozpad promieniotwórczy. Liczba rozpadów w jednostce czasu jest proporcjonalna do liczby atomów izotopu: dn = αn α > 0 rozpady oznaczaja zmniejszanie się liczby atomów izotopu Rozwiazanie: dn N = α + C ln N = αt + C N(t) = N 0 e αt gdzie N 0 N(0) = e C Równanie liniowe (w y i y ) Ogólna postać dla rzędu pierwszego: dy dx + P (x) y = Q(x) rozwiazujemy równanie jednorodne: dv dx + P (x) v = 0 podstawiajac do wyjściowego równania y = u v dostajemy du dx = C Q(x) e P (x)dx A.F.Żarnecki Wykład IV 12

Równiania rózniczkowe Równanie oscylatora harmonicznego Jest równaniem rzędu drugiego. Ale eliminujac czas możemy sprowadzić je do równania rzędu pierwszego: d 2 x 2 = dv = dv dx dx v dv dx = ω2 x które możemy wycałkować: v dv = ω 2 x dx v = ± ω = dv dx v a 2 x 2 d 2 x 2 = ω2 x Następnie możemy wrócić do zależności od czasu: dx = ± ω a 2 x 2 dx a = ± ω 2 x 2 arcsin ( ) x a = ± ωt + C x = a sin(ωt + C) v = a ω cos(ωt + C) A.F.Żarnecki Wykład IV 13

Ruch po okręgu Położenie ciała może być opisane jedna zmienna: kat w płaszczyźnie XY - φ długość łuku okręgu - s = r φ Y r V φ s X Prędkość: V = ds = r dφ = r ω Przyspieszenie katowe: α = dω prędkość katowa ω = dφ = d2 φ 2 Ruch jednostajny po okręgu: α = 0 ω = const V = const ale V const a 0!? A.F.Żarnecki Wykład IV 14

Prędkość w zapisie wektorowym: V = ω r Ruch po okręgu Z ω Przyspieszenie: a = d V = d ω r + ω d r = α r + ω V X φ s r V Y = a t + a n Oprócz przyspieszenia stycznego a t V, opisujacego zmianę V, jest też przyspieszenie normalne a n, odpowiedzialne za zmianę kierunku V w czasie. a n = ω ( ω r) = ω 2 r A (B C) = (A C) B (A B) C przyspieszenie dośrodkowe A.F.Żarnecki Wykład IV 15

Ruch po okręgu Ruch jednostajny po okręgu przyspieszenie styczne: a t = 0 a = a n = ω 2 r Y r V φ s X Ruch jednostajny po okręgu jest złożeniem dwóch niezależnych ruchów harmionicznych: x = r cos(ω t) = r sin(ω t + π 2 ) y = r sin(ω t) Ruch po okręgu różnica faz φ = ± π 2 Ciekawostka: Ruch harmoniczny można przedstawić jako złożenie dwóch ruchów po okręgu... A.F.Żarnecki Wykład IV 16