Zasada zachowania energii

Podobne dokumenty
Zasada zachowania energii

Zasady zachowania. Fizyka I (Mechanika) Wykład VI:

Zasada zachowania energii

Zasada zachowania energii

Zasady zachowania. Fizyka I (Mechanika) Wykład V: Zasada zachowania pędu

Prawa ruchu: dynamika

Podstawy fizyki sezon 1 III. Praca i energia

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Praca, moc, energia INZYNIERIAMATERIALOWAPL. Kierunek Wyróżniony przez PKA

Zasady dynamiki Newtona. Ilość ruchu, stan ruchu danego ciała opisuje pęd

Ruch pod wpływem sił zachowawczych

MECHANIKA II. Praca i energia punktu materialnego

Zasady dynamiki Newtona. Ilość ruchu, stan ruchu danego ciała opisuje pęd

Zasady dynamiki Newtona

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

Fizyka 5. Janusz Andrzejewski

Dynamika relatywistyczna

Zasady dynamiki Isaak Newton (1686 r.)

DYNAMIKA dr Mikolaj Szopa

Zderzenia. Fizyka I (B+C) Wykład XVI: Układ środka masy Oddziaływanie dwóch ciał Zderzenia Doświadczenie Rutherforda

Podstawowy problem mechaniki klasycznej punktu materialnego można sformułować w sposób następujący:

Podstawy fizyki. Wykład 2. Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Przykłady: zderzenia ciał

Prawa ruchu: dynamika

Podstawy fizyki. Wykład 2. Dr Piotr Sitarek. Katedra Fizyki Doświadczalnej, W11, PWr

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

Prawa ruchu: dynamika

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

Podstawy fizyki sezon 1 V. Pęd, zasada zachowania pędu, zderzenia

Podstawy fizyki sezon 1 IV. Pęd, zasada zachowania pędu

Kinematyka: opis ruchu

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

Tadeusz Lesiak. Dynamika punktu materialnego: Praca i energia; zasada zachowania energii

Wykład FIZYKA I. 5. Energia, praca, moc. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Kinematyka: opis ruchu

Kinematyka: opis ruchu

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

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

Opis ruchu obrotowego

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

Podstawy fizyki sezon 1 II. DYNAMIKA

Siły zachowawcze i energia potencjalna. Katarzyna Sznajd-Weron Mechanika i termodynamika dla matematyki stosowanej 2017/18

MiBM sem. III Zakres materiału wykładu z fizyki

Siły zachowawcze i niezachowawcze. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

1. Kinematyka 8 godzin

Praca. Siły zachowawcze i niezachowawcze. Pole Grawitacyjne.

Kinematyka: opis ruchu

Zasady oceniania karta pracy

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 4 26.X Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

v p dr dt = v dr= v dt

Fizyka 1(mechanika) AF14. Wykład 7

Wykład 2. podstawowe prawa i. Siły w przyrodzie, charakterystyka oddziaływań. zasady. Praca, moc, energia. 1. Jakie znamy siły???

Podstawy fizyki. Wykład 3. Dr Piotr Sitarek. Katedra Fizyki Doświadczalnej, W11, PWr

Siły zachowawcze i energia potencjalna. Katarzyna Sznajd-Weron Mechanika i termodynamika dla matematyki stosowanej 2017/18

Prawa ruchu: dynamika

Ładunki elektryczne. q = ne. Zasada zachowania ładunku. Ładunek jest cechąciała i nie można go wydzielićz materii. Ładunki jednoimienne odpychają się

Nara -Japonia. Yokohama, Japan, September 2014

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

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 09 PĘD Rozwiązanie zadań należy zapisać w wyznaczonych miejscach pod treścią zadania

PRACA Pracą mechaniczną nazywamy iloczyn wartości siły i wartości przemieszczenia, które nastąpiło zgodnie ze zwrotem działającej siły.

MECHANIKA 2. Teoria uderzenia

Opis poszczególnych przedmiotów (Sylabus) Fizyka, studia pierwszego stopnia

Elektrostatyczna energia potencjalna U

Blok 6: Pęd. Zasada zachowania pędu. Praca. Moc.

Pęd i moment pędu. dp/dt = F p = const, gdy F = 0 (całka pędu) Jest to zasada zachowania pędu. Moment pędu cząstki P względem O.

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

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

Siły oporu prędkość graniczna w spadku swobodnym

Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych

Podstawy fizyki wykład 4

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

Prawa ruchu: dynamika

Podstawy fizyki sezon 1 II. DYNAMIKA

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

MECHANIKA 2 Wykład Nr 9 Dynamika układu punktów materialnych

Fizyka 1 (mechanika) AF14. Wykład 9

Fizyka 1 (mechanika) AF14. Wykład 7

Wykład Energia kinetyczna potencjalna 4.2. Praca i moc 4.3. Zasady zachowania DYNAMIKA

Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych

PODSTAWY FIZYKI - WYKŁAD 3 ENERGIA I PRACA SIŁA WYPORU. Piotr Nieżurawski. Wydział Fizyki. Uniwersytet Warszawski

Dynamika. Fizyka I (Mechanika) Wykład V: Prawa ruchu w układzie nieinercjalnym siły bezwładności

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

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

Materiały pomocnicze 6 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

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

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

Jan Awrejcewicz- Mechanika Techniczna i Teoretyczna. Statyka. Kinematyka

MECHANIKA II. Dynamika układu punktów materialnych

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Dynamika

Podstawy fizyki wykład 4

PRACA. MOC. ENERGIA. 1/20

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Fizyka. Kurs przygotowawczy. na studia inżynierskie. mgr Kamila Haule

Potencjalne pole elektrostatyczne. Przypomnienie

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

Wykład Energia kinetyczna potencjalna 4.2. Praca i moc 4.3. Zasady zachowania DYNAMIKA

Elektrostatyka. Prawo Coulomba Natężenie pola elektrycznego Energia potencjalna pola elektrycznego

Transkrypt:

Zasada zachowania energii Fizyka I (B+C) Wykład XIV: Praca, siły zachowawcze i energia potencjalna Energia kinetyczna i zasada zachowania energii Zderzenia elastyczne

dr P F n Θ F F t Praca i energia Praca Siła F działa na punkt materialny P Praca jaka wykonuje siła przy przesunięciu P o d r dw = F d r = F cos θds = F t ds Siły prostopadłe do przesunięcia nie wykonuja pracy! siła Lorenza, siła Coriolisa, siły reakcji więzów... Praca siły F ( r) na drodze między A i B W AB = B A F ( r) d r A.F.Żarnecki Wykład XIV 1

Praca i energia Praca W ogólnym przypadku praca W AB jaka wykonujemy podczas ruchu punktu z A do B może zależeć od: przebytej drogi l np. praca sił tarcia będzie proporcjonalna do l toru ruchu np. jeśli siły oporu zależa od wyboru toru prędkości siły oporu w ośrodku zależa od prędkości czasu jeśli działajace siły zależa od czasu A.F.Żarnecki Wykład XIV

Praca i energia Energia potencjalna Siła F ( r) jest zachowawcza (konserwatywna), jeśli praca przez nia wykonana zależy tylko od położenia punktów poczatkowego (A) i końcowego (B) można ja wyrazić przez zmianę energii potencjalnej W AB = B A F ( r) d r = E p ( r A ) E p ( r B ) = E p Siła zachowawcza nie może zależeć od czasu ani od prędkości. Jeśli droga jest zamknięta to praca jest równa zeru A F ( r) d r = F ( r)d r = 0 A F A.F.Żarnecki Wykład XIV 3

Praca i energia Przykład: Ruch w jednorodnym polu grawitacyjnym. Siła ciężkości F = m g = m (0, g, 0) B A F ( r) d r = F B A d r = F ( r B r A ) = m g ( r A r B ) = m g (y A y B ) energia potencjalna dla jednorodnego pola grawitacyjnego E p ( r) = m g r = m g y Siłami zachowawczymi sa też wszystkie siły centralne, zależne tylko od odległości F = F (r) i r siła kulombowska, siła grawitacyjna, siły sprężystości... A.F.Żarnecki Wykład XIV 4

" # Praca i energia Gradient Gradient wskazuje kierunek w którym następuje największa zmiana wartości funkcji skalarnej f(x, y, z). Wartość gradientu odpowiada wartości pochodnej funkcji f(x, y, z) wzdłuż tego kierunku. grad f = f = i x f x + i y f y + i z f z = = i x x + i y y + i z z ( f x, f y, f ) z f = i n f n n f! A.F.Żarnecki Wykład XIV 5

1 + * & & 1 0 )' ( '( & )' ( ) ) / ( %$ Praca i energia Siła a energia potencjalna Praca wykonana przy infintezymalnym przesunięciu d r = (dx, dy, dz) dw = F ( r) d r = de p,.- = E p x dx E p y dy E p z dz Otrzymujemy: F = E p Znajomość potencjału siły zachowawczej jest rownoważna znajomości samej siły. Energia potencjalna jest określona z dokładnościa do stałej, istotne sa tylko jej zmiany. A.F.Żarnecki Wykład XIV 6

Praca i energia Energia kinetyczna Praca jaka wykonuje siła F przy przesunięciu P o ds dv dt ds = dv ds dt dw = F t ds = m a t ds = m dv dt ds = m ds dv = m v dv dt Praca siły F ( r) na drodze między A i B W AB = B A F t (s) ds = B A mv dv = mv B mv A = E B k EA k = E k Niezależnie od postaci siły F i drogi praca siły jest równa zmianie energii kinetycznej ciała E k = mv na ciało nie działaja inne siły, układ inercjalny A.F.Żarnecki Wykład XIV 7

43 5 76 Zasada zachowania energii Zasada zachowania energii Praca siły zachowawczej F ( r) pomiędzy A i B W AB = B F ( r) d r = E A p EB p Z drugiej strony, praca siły działajacej na ciało: A W AB = E B k EA k E B k EA k = E A p EB p E B k + EB p = E A k + EA p E = E p + E k = W ruchu pod działaniem sił zachowawczych energia całkowita jest zachowana. A.F.Żarnecki Wykład XIV 8

98 : <; Zasada zachowania energii Wahadło Galileusza Wysokość na jaka wznosi się wahadło nie zmienia się przy zmianie długości nici: Koło Maxwella h E p + E k = E = E k = 0 m g h = E siły reakcji więzów nie wykonuja pracy Przemiana energii potencjalnej w energię kinetyczna ruchu obrotowego. A.F.Żarnecki Wykład XIV 9

Zasada zachowania energii Spadek swobodny g W jednorodnym polu g ciało spada swobodnie z wysokości h ( v(0) = 0). g Prędkość końcowa z zasady zachowania energii: h V E k = E p m v v = = m g h g h h V Taka sama prędkość uzyska wahadło puszczone z wysokości h A.F.Żarnecki Wykład XIV 10

Zderzenia Poprzednio rozpatrywaliśmy zderzenia ciał z punktu widzenia zasady zachowania pędu (i momentu pędu) zasada zachowania pędu jest zawsze bezwzględnie spełniona Czy zachowana jest energia kinetyczna? TAK - jeśli działajace siły maja charakter zachowawczy siły kulombowskie, siły spężystości E p = 0 E k = 0 NIE - jeśli mamy wkład sił niezachowawczych w wyniku zderzenia następuja trwałe zmiany (np. odkształcenia) w zderzajacych się ciałach A.F.Żarnecki Wykład XIV 11

Zderzenia Zderzenia sprężyste Przypadek jednowymiarowy: Z zasad zachowania: =.> =@?A CB p : m 1 V 1 + m V = m 1 V 1 M M 1 E : m 1 V 1 + m V = m 1 V 1 V =0 V 1 Przekształcamy: p : m V = m 1 (V 1 V 1 ) M M 1 E : m V = m 1 (V 1 V 1 ) = m 1 (V 1 V 1 )(V 1 + V 1 ) V = V 1 + V 1, albo V V 1 = V 1 V V 1 wartość bezwzględna prędkości względnej przed i po zderzeniu jest taka sama A.F.Żarnecki Wykład XIV 1

Zderzenia Zderzenia sprężyste Przekształcajac dalej otrzymujemy: m (V 1 + V 1 ) = m 1 (V 1 V 1 ) V 1 (m 1 + m ) = V 1 (m 1 m ) Ostatecznie: V 1 = m 1 m m 1 + m V 1 V = m 1 m 1 + m V 1 Przypadek szczególny: m 1 = m V 1 = V = 0 V = V 1 Zderzajace się ciała wymieniaja się prędkościami; rozwiazanie słuszne także w przypadku V 0 A.F.Żarnecki Wykład XIV 13

Zderzenia Zderzenia sprężyste m 1 > m Masa pocisku większa od masy tarczy : Przypadek graniczny: m 1 m V 1 = m 1 m m 1 + m V 1 = V 1 V = m 1 m 1 + m V 1 = V 1 Pocisk nie zauważa zderzenia Tarcza uzyskuje prędkość V 1 Otrzymujemy: V > V 1 > 0 Po zderzeniu oba ciała poruszaja się w ta sama stronę. A.F.Żarnecki Wykład XIV 14

Zderzenia Zderzenia sprężyste m 1 < m Masa pocisku mniejsza od masy tarczy : Otrzymujemy: Przypadek graniczny: m 1 m V 1 = V 1 V = 0 V 1 = m 1 m m 1 + m V 1 < 0 V = m 1 m 1 + m V 1 > 0 Prędkość pocisku zmienia znak pocisk odbija się od tarczy Sprężyste odbicie od nieruchomej ściany A.F.Żarnecki Wykład XIV 15

Zderzenia m 1 m Tarcza oddala się od pocisku ( ściana ) Tarcza przybliża się do pocisku ( ściana ) pocisk traci energię pocisk zyskuje energię Mikroskopowy obraz ochładzania (ogrzewania) się gazu przy rozprężaniu (sprężaniu) A.F.Żarnecki Wykład XIV 16

Zderzenia nie centralne Zderzenia Do tej pory rozpatrywaliśmy tzw. zderzenia centralne, dla których parametr zderzenia b = 0 pocisk trafia w sam środek tarczy W przypadku gdy b 0 zderzenie trzeba rozpatrywać w dwóch wymiarach: V =0 I D HJF F GHI K L HF G Θ b V Zasada zachowania pędu: D E p x : m V cos θ + m 1 V 1 cos θ 1 = m 1 V 1 V 1 Θ 1 p y : m V sin θ m 1 V 1 sin θ 1 = 0 y V 1 Dla zderzeń spężystych: x E k : m 1 V 1 + m V = m 1 V1 Znajomość m 1, m i V 1 (V = 0) nie wystarcza do wyznaczenia pełnej kinematyki zderzenia ( V 1, V, θ 1 i θ )! musimy ustalić b albo jeden z parametrów rozproszenia (np. kat θ 1 ). A.F.Żarnecki Wykład XIV 17

Zderzenia Zderzenia nie centralne Jeśli masy zderzajacych się sprężyscie ciał sa równe m 1 = m zagadnienie bardzo się upraszcza Z zasad zachowania: V 1 + V = V 1 Θ V V 1 Θ 1 V 1 + V = V 1 Θ 1 Θ wektory V 1, V 1 i V tworza trójkat prostokatny. V 1 θ 1 + θ = π A.F.Żarnecki Wykład XIV 18

Zderzenia m 1 = m Fotografia zderzajacych się kul: Zderzenie proton-proton w komorze pęcherzykowej: V 1 V 1 V niska energia padajacej wiazki dynamika nierelatywistyczna A.F.Żarnecki Wykład XIV 19

Zderzenia m 1 = m b=r Stan końcowy zależy od parametru zderzenia b b=r b=0 V V 1 b=0 b=r b = 0 zderzenie centralne V = V 1 V 1 = 0 b >= R brak zderzenia (kule mijaja się) V = 0 b=r V 1 = V 1 A.F.Żarnecki Wykład XIV 0