I. Rachunek wektorowy i jego zastosowanie w fizyce.

Podobne dokumenty
Geometria analityczna w przestrzeni. Kierunek. Długość. Zwrot

Przestrzeń liniowa R n.

1. REDUKCJA DOWOLNYCH UKŁADÓW SIŁ. Redukcja płaskiego układu sił

Ruch kulisty bryły. Kąty Eulera. Precesja regularna

1. Podstawy rachunku wektorowego

POTENCJALNE POLE SIŁ. ,F z 2 V. x = x y, F y. , F x z F z. y F y

Ruch kulisty bryły. Kinematyka

Strukturalne elementy symetrii. Krystalograficzne grupy przestrzenne.

Rozdział 9. Baza Jordana

GRUPY SYMETRII Symetria kryształu

ZŁOŻONE RUCHY OSI OBROTOWYCH STEROWANYCH NUMERYCZNIE

KONWENCJA ZNAKOWANIA MOMENTÓW I WZÓR NA NAPRĘŻENIA

Pochodna kierunkowa i gradient Równania parametryczne prostej przechodzącej przez punkt i skierowanej wzdłuż jednostkowego wektora mają postać:

Postać Jordana macierzy

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

J. Szantyr - Wykład 7 Ruch ogólny elementu płynu

KINEMATYKA. Pojęcia podstawowe

EPR. W -1/2 =-1/2 gµ B B

Matematyka 2. Elementy analizy wektorowej cz I Pole wektorowe

Przykład 6.3. Uogólnione prawo Hooke a

P K. Położenie punktu na powierzchni kuli określamy w tym układzie poprzez podanie dwóch kątów (, ).

Dodawanie i mnożenie liczb zespolonych są działaniami wewnętrznymi tzn., że ich wynikiem jest liczba zespolona.

Strukturalne elementy symetrii. Krystalograficzne grupy przestrzenne.

Algebra z geometrią 2012/2013

Funkcje wielu zmiennych

J. Szantyr - Wykład 4 Napór hydrostatyczny Napór hydrostatyczny na ściany płaskie

x od położenia równowagi

Elementy symetrii makroskopowej w ujęciu macierzowym.

PRAWA ZACHOWANIA Prawa zachowania najbardziej fundamentalne prawa:

Wyznaczanie ruchliwości i koncentracji nośników prądu w półprzewodnikach metodą efektu Halla

Zginanie ukośne LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW. Katedra Wytrzymałości Materiałów i Metod Komputerowych Mechaniki

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

LABORATORIUM MECHANIKI EKSPERYMENTALNEJ. Instrukcja do ćwiczenia

PRAWIDŁOWE ODPOWIEDZI I PUNKTACJA

Wektory. P. F. Góra. rok akademicki

napór cieczy - wypadkowy ( hydrostatyczny )

Wykład 1 Podstawy projektowania układów logicznych i komputerów Synteza i optymalizacja układów cyfrowych Układy logiczne

,..., u x n. , 2 u x 2 1

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Zestaw zadań 12: Przekształcenia liniowe. Macierze przekształceń liniowych. z z + 2 2x + y. x y z. x y + 2t 2x + 3y + 5z t x + z t

>> ω z, (4.122) Przybliżona teoria żyroskopu

Równoważne układy sił

ALGEBRA rok akademicki

Teoria względności. Wykład 5: Szczególna teoria względności Katarzyna Weron. Jak zmierzyć odległość? Jak zmierzyć odległość?

ANALIZA KONSTRUKCJI POWŁOKOWEJ. CIENKOŚCIENNY ZBIORNIK CIŚNIENIOWY

Przykład 3.7. Naprężenia styczne przy zginaniu belki cienkościennej.

Ruch po równi pochyłej

Część 1 2. PRACA SIŁ WEWNĘTRZNYCH 1 2. PRACA SIŁ WEWNĘTRZNYCH Wstęp

Zginanie Proste Równomierne Belki

BUDOWA ATOMU cd. MECHANIKA KWANTOWA

Środek ciężkości bryły jednorodnej

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

GEOMETRIA ANALITYCZNA W PRZESTRZENI

Graficzne modelowanie scen 3D. Wykład 4

Mechanika Robotów. Wojciech Lisowski. 2 Opis położenia i orientacji efektora Model geometryczny zadanie proste

BADANIE CYFROWYCH UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH TTL strona 1/7

Funkcje wielu zmiennych

Ekoenergetyka Matematyka 1. Wykład 1.

σ x σ y σ z σ z, Adam Bodnar: Wytrzymałość Materiałów. Równania fizyczne.

2.1. Określenie i rodzaje wektorów. Mnożenie wektora przez skalar

VIII. ZBIÓR PRZYKŁADOWYCH ZADAŃ MATURALNYCH

Powierzchnie stopnia drugiego

1. Podstawy matematyczne programowania grafiki 3D

Blok 2: Zależność funkcyjna wielkości fizycznych

ZADANIA Z FUNKCJI ANALITYCZNYCH LICZBY ZESPOLONE

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

Metody dokładne w zastosowaniu do rozwiązywania łańcuchów Markowa

Iloczyn skalarny

INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PROCESOWEJ, MATERIAŁOWEJ I FIZYKI STOSOWANEJ POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA ĆWICZENIE NR MR-2

Zajęcia nr 1 (1h) Dwumian Newtona. Indukcja. Zajęcia nr 2 i 3 (4h) Trygonometria

PODSTAWY RACHUNKU WEKTOROWEGO

[L] Rysunek Łuk wolnopodparty, paraboliczny wymiary, obciążenie, oznaczenia.

DryLin T System prowadnic liniowych

Podstawy wytrzymałości materiałów

Zadania z AlgebryIIr

Funkcje wielu zmiennych

III. LICZBY ZESPOLONE

MES W ANALIZIE SPRĘŻYSTEJ UKŁADÓW PRĘTOWYCH

Rozwiazania zadań. Zadanie 1A. Zadanie 1B. Zadanie 2A

Zasady dynamiki Newtona. Pęd i popęd. Siły bezwładności

Adam Bodnar: Wytrzymałość Materiałów. Ukośne zginanie 13. UKOŚNE ZGINANIE

BUDOWA ATOMU cd. MECHANIKA KWANTOWA

( ) O k k k. A k. P k. r k. M O r 1. -P n W. P 1 P k. Rys Redukcja dowolnego przestrzennego układu sił

Belki zespolone 1. z E 1, A 1

3. Metody rozwiązywania zagadnień polowych

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

MECHANIKA OGÓLNA. Semestr: II (Mechanika I), III (Mechanika II), rok akad. 2013/2014

Wykład FIZYKA I. 9. Ruch drgający swobodny

23. CAŁKA POWIERZCHNIOWA NIEZORIENTOWANA

Rachunek wektorowy - wprowadzenie. dr inż. Romuald Kędzierski

Wykład FIZYKA I. 9. Ruch drgający swobodny. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

2.1. ZGINANIE POPRZECZNE

Opis ruchu we współrzędnych prostokątnych (kartezjańskich)

Przykład 6.1. Przestrzenny stan naprężenia i odkształcenia

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

Wyznaczanie reakcji dynamicznych oraz wyważanie ciała w ruchu obrotowym wokół stałej osi 8

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

1) 2) 3) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) 18) 19) 20) 21) 22) 23) 24) 25)

Transkrypt:

Blok 1: Rachunek wektorow i jego astosowanie w fice Podstawowe wielkości ficne w kinematce Opis ruchu w różnch układach odniesienia Ruch wględn I Rachunek wektorow i jego astosowanie w fice Wsstkie wielkości ficne są albo skalarami albo wektorami Skalar ma tlko wartość (podajem go jako licbę wra jednostką), natomiast wektor ma wartość (waną inacej długością wektora lub jego modułem, podawaną jako licba nieujemna wra jednostką), kierunek i wrot Każd wektor można predstawić w układie współrędnch, w którm osie są skalowane w tch samch jednostkach, co wartość wektora Prkład 11: siłę F 1 można predstawić na rsunku: Ogólnie wektor a możem apisać w dwojaki sposób: a a, a, a ; popre współrędne wektora Współrędne wektora mogą bć arówno dodatnie jak i ujemne ora prjmować wartość ero jako sumę wektorów składowch a, a, a : a a a a a î a ĵ a kˆ, gdie î, ĵ, kˆ są wersorami prostokątnego układu współrędnch, cli wektorami o jednostkowej długości, odpowiednio równoległmi do osi układu współrędnch i wróconmi godnie tmi osiami: Współcnniki stojące pr wersorach są równe współrędnm wektora F 1 można apisać: Zatem w Prkładie 1 siłę - popre współrędne F 1 3 N, 4 N, 0 N - jako sumę wektorów składowch: F 1 3 N î 4 N kˆ, gdie wektorami składowmi są: F 1 3 N î, F 1 4 N ĵ, F 1 0 kˆ Cęsto na jednm rsunku predstawiam różne wektorowe wielkości ficne (np premiescenia i prędkości) Wówcas nakładam na siebie wsstkie układ współrędnch tak, ab ich osie pokrwał się Dla uproscenia apisu wspóln układ współrędnch opisujem smbolami,, i skalujem be apisu jednostek ficnch Projekt jest współfinansowan Europejskiego Fundusu Społecnego w ramach programu operacjnego 4 4

Wartość (długość) wektora a onaca się a 2 2 2 równa: a a a a a Wartość wektora jest awse dodatnia lub równa eru lub a Wartość wektora a a, a, a Wektorem preciwnm do wektora a jest wektor Oba te wektor mają tę samą wartość, ten sam kierunek, ale preciwne wrot a a, a, a a a, a, a Jeśli, to Sumą wektorów a i b jest wektor, któr można skonstruować, korstając : a jest dwa wektor metoda równoległoboku metoda wieloboku Jeśli a a, a, a i b b, b, b, to a b a b,a b,a b (a b) Długość wektora : 2 2 a b a b 2 a b cos, gdie jest miarą kąta pomięd wektorami a i b Różnicą wektorów b, cli: Jeśli a a, a, a b b, b, b, to a b a b,a a i b i b,a jest wektor będąc sumą wektora a b i wektora preciwnego do wektora Ilocnem wektora a pre licbę k nawam wektor, którego kierunek jest godn kierunkiem wektora a, a długość jest równa: k a k a, natomiast wrot jest: godn e wrotem wektora a, jeśli preciwn do wrotu wektora a, jeśli k 0 k 0 Ilocn skalarn wektorów a i b jest licbą, którą możem oblicć na dwa sposob: a pomocą współrędnch: a b a b a b a b a b a b cos, gdie jest miarą kąta pomięd tmi wektorami Projekt jest współfinansowan Europejskiego Fundusu Społecnego w ramach programu operacjnego 5 5

Ilocn wektorow wektorów a i b jest wektorem, którą możem oblicć na dwa sposob: î ĵ kˆ a pomocą wnacnika: a b a a a b b b oblicając jego długość: a b a b sin, gdie jest miarą kąta pomięd tmi wektorami i wiedąc, że kierunek tego wektora jest prostopadł do płascn wnaconej pre wektor i b (cli prostopadł arówno do, jak i do b ), a jego wrot można określić reguł śrub prawoskrętnej a a Dwa wektor nieerowe są do siebie równoległe, wted i tlko wted, gd ich ilocn wektorow jest równ eru: a b a b 0 Dwa wektor nieerowe są do siebie prostopadłe, wted i tlko wted, gd ich ilocn skalarn jest równ eru: a b a b 0 Równanie wektorowe W fice cęsto mam do cnienia równaniami wektorowmi Ab rowiąać takie równania, najcęściej musim prejść od postaci wektorowej do równań algebraicnch (współrędnch), korstając twierdenia o równości dwóch wektorów: Dla a a b a, a, a i b b, b, b, a b a b a b Nie można oblicać konkretnch wartości współrędnch ora długości wektorów bepośrednio równania wektorowego! Żeb ropisać równanie wektorowe na równania współrędnch, treba najpierw wbrać układ współrędnch; wbór jest dowoln, ale potem treba konsekwentnie się go trmać Z jednego równania wektorowego otrmujem tle równań algebraicnch, ile współrędnch prestrennch jest aangażowanch w adaniu (tn w ruchu po linii prostej jest aangażowana tlko jedna współrędna, w ruchu na płascźnie - dwie współrędne, w ruchu w prestreni wsstkie tr współrędne) Prkład 12: II asada dnamiki Newtona jest opiswana równaniem wektorowm F m a Jeśli ruch odbwa się w prestreni trójwmiarowej, to otrmujem tr równania algebraicne, które musą bć spełnione jednoceśnie: F m a F m a i F m a i F m a W równaniach tch F, F, F ora,a, a prjmować wartości arówno dodatnie jak i ujemne a są współrędnmi wektorów, mogą więc Projekt jest współfinansowan Europejskiego Fundusu Społecnego w ramach programu operacjnego 6 6

Najcęściej uprascam sobie rowiąwanie adań, gd apisując równanie we współrędnch, jawnie uwględnim ich naki Wówcas smbole lub licb wstawiane do tch równań onacają wartości, a nie współrędne składowch wektorów Znak plus wstawiam w równaniu współrędnch wted, gd wiem, że wrot osi układu współrędnch jest godn e wrotem odpowiedniej składowej wektora Znak minus wstawiam w równaniu współrędnch wted, gd wiem wrot osi układu współrędnch jest preciwn do wrotu odpowiedniej składowej wektora Prkład 13: Chłopiec ciągnie sanki po śniegu siłą o wartości Ropis II asadę dnamiki Newtona dla sanek, uwględniając tarcie pło o śnieg i oblic prspiesenie sanek Rowiąanie: R mg T F ma OX: F T m a, OY: R F m g m a 0, gdie: R siła sprężstości (reakcji) podłoża, - siła ciężkości diałająca na sanki, T - siła tarcia, a - prspiesenie sanek 2 2 F T Fcos T a a a m m mg F II Podstawowe wielkości ficne w kinematce Ruch polega na mianie położenia ciała wględem innego, dowolnie wbranego ciała lub układu ciał, wanego układem odniesienia Tor ruchu to linia, którą ciało akreśla w casie ruchu Smbol onaca w fice prrost (dodatni lub ujemn) albo inacej mówiąc - mianę wielkości ficnej W preważającej licbie prkładów prrost (miana) wielkości ficnej następuje w pewnm casie możem więc określić wielkość ficną w chwili pocątkowej (1) i w chwili końcowej (2) Prrost tej wielkości definiuje się wted jako: o X X 2 X1, jeśli ropatrwaną wielkością ficną jest skalar, X X X 2 X, jeśli ropatrwaną wielkością ficną jest wektor, X o 1 Projekt jest współfinansowan Europejskiego Fundusu Społecnego w ramach programu operacjnego 7 7

Droga to długość cęści toru, którą prebło ciało Sbkość średnia to wielkość skalarna definiowana worem: gdie s u śr s t - całkowita droga, którą prebło ciało w casie Sbkość chwilowa (cli po prostu sbkość) to wielkość skalarna definiowana jako ilora drogi prebtej pre ciało i casu, w którm ta droga ostała prebta, pr cm cas ten jest bardo krótki (miera do era): s u t, t0 t Wektorem położenia ciała (lub wektorem wodącm) jest wektor, którego pocątek najduje się w pocątku układu współrędnch, a koniec w punkcie w którm ciało najduje się w danej chwili Prkład 14: Na rsunku wektorami położenia są wektor i r 1 r 2 r Premiescenie jest wektorem opisującm mianę położenia ciała w casie ruchu od położenia pocątkowego, opiswanego wektorem położenia do położenia końcowego, opiswanego wektorem położenia r 1 r 2 : r r 2 r 1 Prędkość średnia jest wektorem definiowanm jako: r v śr, t gdie - całkowite premiescenie w casie Wartość prędkości średniej najcęściej nie jest równa sbkości średniej ciała r Prędkość chwilowa (cli po prostu prędkość) jest wektorem definiowanm jako ilora premiescenia ciała i casu, w którm to premiescenie nastąpiło, pr cm cas ten jest bardo krótki (miera do era): t0 Prędkość chwilowa jest w każdm punkcie stcna do toru Wartość prędkości chwilowej jest awse równa sbkości chwilowej ciała t r v t Projekt jest współfinansowan Europejskiego Fundusu Społecnego w ramach programu operacjnego 8 8

III Opis ruchu w różnch układach odniesienia Ruch wględn Opis ruchu tego samego ciała mogą się od siebie różnić, jeśli ropatrujem je punktu widenia różnch układów współrędnch Prkład 15: Po spokojnch wodach jeiora porusa się statek (C) W dnie jeiora akotwicono bojkę (B) Oblic prędkość bojki w układie odniesienia statku, jeśli prędkość statku wględem układu współrędnch wiąanego bregiem jeiora (A) wnosi v CA v BC Rowiąanie: Pokaane na rsunku układ współrędnch wiążem obiektami: układ współrędnch (A) spocwa wględem bregów jeiora, bojka nie porusa się w układie (B), statek nie porusa się w układie (C) Bojka nie porusa się także wględem układu A, ale wględem statku presuwa się w lewo prędkością v CA Podcas rowiąwania tego tpu adań najwgodniej jest skorstać metod mnemotechnicnej: Z każdm obiektów wróżnionch w adaniu wiążem jego własn układ współrędnch i onacam go literą Tą samą literą onacam sam obiekt Obiekt spocwają w swoich układach współrędnch Odpowiednie osie wsstkich układów współrędnch są do siebie równoległe i tak samo orientowane Prędkość dowolnie wbranego obiektu B w układie A onacam: Ważna jest kolejność liter! Obowiąuje v AA 0 dla każdego A; v AB vba Obowiąuje asada składania prędkości: vbc vba vac (awse suma wektorowa); dolne wskaźniki po prawej stronie równania wpisujem tak, ab powtarające się bł obok siebie, a nie powtarające się bł w tej samej kolejności, co po lewej stronie równania (tak jakbśm skreślali powtarające się liter stojące obok siebie, cli v BC v BA + v AC ) Kolejność liter w alfabecie nie ma tutaj nacenia v BA Wracając do Prkładu 15: vbc vba vac, ale bojka nie porusa się wględem układu A, więc v BA 0 Wiem także, że v AC vca Stąd: v BC vca - jak już wceśniej wdedukowano --- Zgodnie powżsą regułą, prędkość wględna ciała A wględem ciała B jest równa: vab va vb, gdie v A i v B są odpowiednio prędkością ciała A i prędkością ciała B w laboratorjnm (spocwającm wględem Ziemi) układie współrędnch Projekt jest współfinansowan Europejskiego Fundusu Społecnego w ramach programu operacjnego 9 9