Obroty. dθ, cząstka W Y K Ł A D VIII. Prędkość kątowa i przyspieszenie kątowe.

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

ZASADA ZACHOWANIA MOMENTU PĘDU: PODSTAWY DYNAMIKI BRYŁY SZTYWNEJ

Rysunek 9-13 jest to pokazane na rysunku 9-14.W rezultacie, jeŝeli obroty odbywają się w r

Fizyka 7. Janusz Andrzejewski

Układy punktów materialnych i zasada zachowania pędu.

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

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

Ruch obrotowy. Wykład 6. Wrocław University of Technology

1. Ciało sztywne, na które nie działa moment siły pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem obrotowym jednostajnym.

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

ZASADA ZACHOWANIA PĘDU

3. Siła bezwładności występująca podczas ruchu ciała w układzie obracającym się siła Coriolisa

9 K A TEDRA FIZYKI STOSOWANEJ P R A C O W N I A F I Z Y K I

Inercjalne układy odniesienia

Wykład 15 Elektrostatyka

11. DYNAMIKA RUCHU DRGAJĄCEGO

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

Praca i energia. x jest. x i W Y K Ł A D Praca i energia kinetyczna. Ruch jednowymiarowy pod działaniem stałych sił.

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

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

będzie momentem Twierdzenie Steinera

9. 1. KOŁO. Odcinki w okręgu i kole

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Zasady dynamiki ruchu obrotowego

cz. 2. Dr inż. Zbigniew Szklarski Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok.321

BRYŁA SZTYWNA. Umowy. Aby uprościć rozważania w tym dziale będziemy przyjmować następujące umowy:

GEOMETRIA PŁASZCZYZNY

r śm równa się wypadkowej sile działającej na

Zastosowanie zasad dynamiki Newtona.

MECHANIKA OGÓLNA (II)

Pęd, d zasada zac zasad a zac owan owan a p a p du Zgod Zg n od ie n ie z d r d u r g u im g pr p a r wem e N ew e tona ton :

Siły oporu prędkość graniczna w spadku swobodnym

= = = A z powyższego: K

Opracowanie pytań na egzamin Fizyka dla elektroników 1

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI - CD. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na powstawaniu prądu elektrycznego w

XXXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

Oddziaływania fundamentalne

θ = s r, gdzie s oznacza długość łuku okręgu o promieniu r odpowiadającą kątowi 2. Rys Obrót ciała wokół osi z

OGÓLNE PODSTAWY SPEKTROSKOPII

RUCH OBROTOWY BRYŁY SZTYWNEJ

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

Ruch jednostajny po okręgu

Grzegorz Kornaś. Powtórka z fizyki

Podstawy fizyki wykład 4

Fizyka. Wykład 2. Mateusz Suchanek

Prawo Gaussa. Potencjał elektryczny.

PRĄD ELEKTRYCZNY I SIŁA MAGNETYCZNA

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

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Podstawy fizyki wykład 4

Wykład: praca siły, pojęcie energii potencjalnej. Zasada zachowania energii.

Atom (cząsteczka niepolarna) w polu elektrycznym

cz.2 dr inż. Zbigniew Szklarski

KINEMATYCZNE WŁASNOW PRZEKŁADNI

II.6. Wahadło proste.

Indukcja elektromagnetyczna Indukcyjność Drgania w obwodach elektrycznych

dr inż. Zbigniew Szklarski

dr inż. Zbigniew Szklarski

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

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 5 2.XI Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

10. Ruch płaski ciała sztywnego

Siła. Zasady dynamiki

Novosibirsk, Russia, September 2002

Wyznaczanie współczynnika sztywności drutu metodą dynamiczną.

Mechanika ruchu obrotowego

Wykład 5: Dynamika. dr inż. Zbigniew Szklarski

Opis ruchu obrotowego

I. Elementy analizy matematycznej

Fizyka 10. Janusz Andrzejewski

IV.2. Efekt Coriolisa.

ver ruch bryły

Drgania. W Y K Ł A D X Ruch harmoniczny prosty. k m

Fizyka dla Informatyki Stosowanej

Wyznaczanie momentów bezwładności brył sztywnych metodą zawieszenia trójnitkowego

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

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

20 ELEKTROSTATYKA. PRAWO COULOMBA.

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

- substancje zawierające swobodne nośniki ładunku elektrycznego:

Magnetyzm. A. Sieradzki IF PWr. Pole magnetyczne ŁADUNEK ELEKTRYCZNY ŁADUNEK MAGNETYCZNY POLE ELEKTRYCZNE POLE MAGNETYCZNE

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI. W roku 1820 Oersted zaobserwował oddziaływanie przewodnika, w którym płynął

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

Janusz Typek TENSOR MOMENTU BEZWŁADNOŚCI

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

cz.1 Dr inż. Zbigniew Szklarski Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok.321

Zasady dynamiki Isaak Newton (1686 r.)

f(x, y) = arctg x y. f(u) = arctg(u), u(x, y) = x y. x = 1 1 y = y y = 1 1 +

Dynamika bryły sztywnej

[ ] D r ( ) ( ) ( ) POLE ELEKTRYCZNE

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

XLI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP WSTĘPNY Zadanie teoretyczne

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

Moment pędu punktu materialnego i układu punktów materialnych, moment siły Dynamika ruchu obrotowego bryły

Lista zadań nr 1 - Wektory

WYZNACZANIE MOMENTU BEZWŁADNOSCI KRĄŻKA

Określanie mocy cylindra C w zaleŝności od ostrości wzroku V 0 Ostrość wzroku V 0 7/5 6/5 5/5 4/5 3/5 2/5 Moc cylindra C 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 > 2

Transkrypt:

Wykład z fzyk, Pot Posmykewcz 84 W Y K Ł A D VIII Oboty. Ruch obotowy jest wszędze wokół nas; od atomów do galaktyk. Zema obaca sę wokół własnej os. Koła, pzekładne, slnk, śmgła, CD, łyŝwaka wykonująca puet na lodze obacają sę. Ops uchu obotowego upaszcza sę, jeŝel wpowadzć analogę do uchu postępowego. Na początku zdefnujemy podstawowe welkośc chaakteystyczne dla uchu obotowego, a w dalszej częśc zajmemy sę omówenem waŝnej pawa mechank: zasady zachowana momentu pędu. 9- Pędkość kątowa pzyspeszene kątowe. Wyobaźmy sobe dysk obacający sę wokół os postopadłej do dysku pzechodzącej pzez jego śodek ( Rysunek 9-). Punkty leŝące w poblŝu bzegu obacają sę szybcej nŝ punkty Rysunek 9- znajdujące sę w poblŝu os. Jednak jeŝel punkt na bzegu Rysunek 9- zakeśl cały okąg, to ówneŝ punkt pzy os obóc sę o 3600. Tak węc jeŝel dysk obóc sę o okeślony kąt, to wszystke punkty dysku obócą sę o ten sam kąt. Podczas gdy dysk sę obaca, odległość mędzy dowolnym dwoma punktam dysku pozostaje stała. Tak układ nazywamy byłą sztywną. Lna odnesena Weźmy jakś punkt leŝący na dysku (Rysunek 9-). Nech będze odległoścą mędzy śodkem, a -tą cząstką nech θ będze kątem mezonym pzecwne do keunku uchu wskazówek zegaa mędzy ustaloną lną odnesena, a lną popowadzoną od śodka obotu do wybanego matealnego. Podczas gdy dysk obóc sę o kąt punktu dθ, cząstka pzebędze dogę po łuku okęgu o długośc: ds = dθ 9-

Wykład z fzyk, Pot Posmykewcz 85 gdze d θ jest mezone w adanach. Odległość ds zmena sę w zaleŝnośc od połoŝena cząstk, jednak kąt d θ, zwany pzemeszczenem kątowym (dogą kątową) jest jednakowy dla wszystkch punktów dysku. Dla pełnego obotu długość s jest ówna π, a doga kątowa θ wynos: π θ = π = ad = 360 0 = ob. 9- Szybkość zman kąta w czase kątową ω dysku: dθ ω = dθ jest jednakowa dla wszystkch punktów dysku nazywa sę pędkoścą Defncja Pędkość kątowa. Dla uchu w keunku pzecwnym do keunku wskazówek zegaa, θ wzasta, a zatem ω jest dodatne. Dla keunku obotu zgodnego z uchem wskazówek zegaa θ maleje, a ω jest ujemne. Jednostką pędkośc kątowej jest adan na sekundę. PonewaŜ adan jest jednostką bezwymaową, to wymaem pędkośc kątowej jest odwotność czasu (T - ) Pamętaj: ob = π ad = 360 0 Ćwczene. Dysk CD-ROM-u obaca sę z pędkoścą 3000 obotów na mnutę. Jaka jest jego pędkość podana w adanach na sekundę? ( Odpowedź: 34ad/s ) Szybkość zman pędkośc kątowej nazywa sę pzyspeszenem kątowym α : dω d θ = 9-3 α = Defncja - Pzyspeszene kątowe. Jednostką α jest adan na sekundę do kwadatu (ad/s ). JeŜel ω wzasta, to α jest dodatne, jeŝel ω maleje, to α jest ujemne. v Pędkość lnowa dysku jest styczna do okęgu po któym pousza sę punkt dysku ówna jest t = ds. MoŜemy znaleźć zwązek mędzy tą pędkoścą styczną, a pędkoścą kątową dysku. W tym celu zastosujmy ównana 9-9-:

Wykład z fzyk, Pot Posmykewcz 86 ds dθ v t = = ω = 9-4 Podobne pzyspeszene styczne punktu na dysku jest ówne: czyl: dv dω α t = = a t = α 9-5 KaŜdy punkt na dysku ma ówneŝ pzyspeszene adalne (dośodkowe), któe jest skeowane wzdłuŝ pomena do śodka okęgu. Pzyspeszene to moŝemy zapsać w postac: a ( ) vt ω c = = = ω 9-6 Ćwczene Punkt na bzegu dysku kompaktowego jest oddalony o 6cm od os obotu. Znajdź składową styczną pędkośc v t, składową styczną pzyspeszena a t pzyspeszene dośodkowe a c punktu, jeŝel dysk pousza sę ze stałą pędkoścą kątową 300ob/mn. ( Odpowedź: v t = 88cm/s, a t = 0, a c = 5,9 X 0 3 cm/s ). Pzemeszczene kątowe θ, pędkość kątowa ω pzyspeszene kątowe α są odpowednkam kątowym pzemeszczena lnowego x, pędkośc lnowej v pzyspeszena lnowego a w uchu jednowymaowym. JeŜel pzyspeszene kątowe α jest stałe, to całkując ównane 9-3 otzymamy ω : ω = ω 0 + αt 9-7 gdze stałą całkowana jest początkowa pędkość kątowa ω 0. Równane to jest kątowym odpowednkem v v0 + at =. Całkując ponowne otzymamy: θ + = θ0 + ω0t αt 9-8 co jest kątowym odpowednkem wyelmnujemy t, to otzymamy : x + = x0 + v0t at. Podobne jeŝel z ównana 9-7 9-8 ω ( ) = ω + α θ 0 9-9 0 θ

Wykład z fzyk, Pot Posmykewcz 87 Odpowada to lnowemu ównanu v = v0 + a( x x0 ). Wdać zatem, Ŝe ównana dla stałego pzyspeszena kątowego mają analogczny kształt jak ównana w pzypadku cała pouszającego sę ze stałym pzyspeszenem lnowym. 9- Moment sły, moment bezwładnośc duga zasada dynamk dla uchu obotowego. JeŜel chcemy wpawć weczko w uch obotowy to kęcmy nm. Na ysunku 9-3 kąŝek jest obacany pzez sły F F pzyłoŝone na bzegu kąŝka. WaŜne są punkty, do któych pzyłoŝone są te sły. JeŜel te same sły pzyłoŝyć w punktach, tak Ŝe lne wzdłuŝ, któych one dzałają pzechodzą pzez śodek dysku, to dysk ne będze sę obacał (Rysunek 9-4). Rysunek 9-5 pzedstawa pojedynczą słę F dzałającą na -ty punkt matealny kąŝka. Odległość od ln dzałana sły do os mezona w keunku postopadłym nazywa sę amenem sły l. Momentem słyτ nazywamy loczyn sły azy amę sły: τ = F l 9-0 Rysunek 9-5 Rysunek 9-4 Rysunek 9-3 Tak jak sła, w uchu postępowym, jest odpowedzalna za efekt pchana, czy cągnęca, tak moment sły odpowada za efekt obacana sę cała. Wpływa on na zmanę pędkośc kątowej cała. Ramę sły na ysunku 9-5 jest ówne l = sn φ, gdze φ jest kątem mędzy F wektoem wodzącym popowadzonym z śodka kąŝka do punktu pzyłoŝena sły. Moment sły będze zatem ówny: τ = F sn φ 9-

Wykład z fzyk, Pot Posmykewcz 88 Pzyjmuje sę, Ŝe moment sły jest dodatn jeŝel staa sę obócć kąŝek w keunku pzecwnym do keunku wskazówek zegaa. Na ysunku 9-6 sła F = F cos φ Ft = F sn φ wzdłuŝ F jest ozłoŝona na dwe składowe; pomena (składowa adalna) w keunku postopadłym do pomena. Składowa adalna ne ma wpływu na obacane sę kąŝka. W zwązku z powyŝszym moment sły F moŝe być zapsany w postac: τ = Fl = F sn φ = Ft 9- Rysunek 9-6 PokaŜemy teaz, Ŝe pzyspeszene kątowe były sztywnej jest popocjonalne do wypadkowego momentu sły dzałającego na tę byłę. Nech F jest zewnętzną słą dzałającą na -ty punkt matealny. Pzyspeszene styczne -tej cząstk, zgodne z zasadą Newtona, jest wyznaczone pzez ównane: Ft = m at = m α gdze uŝylśmy 9-3 at = α ( ównane 9-5). MnoŜąc obe stony tego ównana pzez : Ft = m α 9-4 Lewa stona ównana jest ówna momentow sły τ. W ezultace: τ = m α 9-5 Sumując po wszystkch punktach matealnych, z któych składa sę kąŝek otzymamy: τ = m α 9-6 τ jest ówna wypadkowemu momentow sły dzałającemu na pzedmot. Pzyspeszene kątowe były sztywnej jest jednakowe dla wszystkch punktów tego cała w zwązku z tym, moŝe być wycągnęte pzed m nazywa sę momentem bezwładnośc I. W pzypadku były sztywnej znak znak sumy. Welkość sumy jest zastępowany pzez znak całkowana. I = m ( układ cząstek ) 9-7 I = dm ( pzedmot o skończonych ozmaach ) Defncja Moment bezwładnośc. 9-8

Wykład z fzyk, Pot Posmykewcz 89 W ównanu 9-7 jest odległoścą -tej cząstk od os obotu, a w ównanu 9-8 jest odległoścą masy dm od os obotu. Po uwzględnenu defncj momentu bezwładnośc, ównane 9-6 pzyjmuje postać: τ = Iα 9-9 Z popzednego wykładu wemy, Ŝe wypadkowa sła dzałająca na układ jest ówna wypadkowej zewnętznej sle dzałającej na układ, ponewaŝ sły wewnętzne znoszą sę wzajemne. MoŜna pokazać, Ŝe w pzypadku momentów sł jest podobne; momenty sł pochodzące od sł dzałających wewnątz układu znoszą sę wzajemne wypadkowym momentem sły dzałającym na układ jest moment zewnętzny. W zwązku z tym ównane 9-9 moŝemy pzepsać w postac: τ = τ,zew = Iα 9-0 II zasada dynamk Newtona dla uchu obotowego PowyŜsza zasada jest odpowednkem II zasady dynamk dla uchu postępowego: F = ma. JeŜel zastosować ównane 9-8, to moŝna łatwo polczyć momenty bezwładnośc dla był sztywnych cechujących sę postą symetą: CYLINDER CYLINDER PEŁNY PRĘT I = MR I = MR + ML I = ML KULA I= MR 5 Twedzene Stenea. MoŜna często upoścć oblczena momentu bezwładnośc óŝnych cał stosując twedzene Stenea. Twedzene to podaje pzeps jak oblczyć moment bezwładnośc względem dowolnej os jeŝel znamy moment bezwładnośc względem os ównoległej pzechodzącej pzez śodek masy danego cała (Rysunek 9-6). Nech

Wykład z fzyk, Pot Posmykewcz 90