Fysiikka 1. Dynamiikka. Voima tunnus = Liike ja sen muutosten selittäminen Physics. [F] = 1N (newton)

Transkriptio

1 Dynamiikka Liike ja sen muutosten selittäminen Miksi esineet liikkuvat? Physics Miksi paikallaan oleva 1 esine lähtee liikkeelle? Miksi liikkuva esine hidastaa ja pysähtyy? Dynamiikka käsittelee liiketilan muutoksiin liittyviä ongelmia. Dynamiikassa keskeisiä suureita ovat voima, massa ja nopeus. Voima tunnus = F [F] = 1N (newton) Voiman voi havaita sen aiheuttamien vaikutuksista. Voiman mittaaminen Jousen venyminen, puristuksen aiheuttama sähköinen muutos,

2 Voima kuvaa vuorovaikutuksia Vuorovaikutus aiheuttaa kaksi voimaa, jotka ovat yhtäsuuret, mutta vastakkaissuuntaiset ja vaikuttavat eri kappaleisiin. Kosketusvoimat (kitka, tukivoima, ilmanvastus, veden vastus, ) ja Etävoimat (painovoima, magneettinen voima, sähköinen voima, ) Voimalla on suunta, jota fysiikan piirroksissa esitetään nuolella

3 Vapaakappalekuvassa voimat näkyvät Voimat piirretään nuolilla Voimanuolet kertovat, miten kappaleeseen vaikuttavat voimat tukevat, vetävät, kiihdyttävät tai jarruttavat esinettä Voimat nimetään kuvaan Ex1

4 Voimakuva Esim.2 Esinettä vedetään maata pitkin. Piirrä siihen vaikuttavat voimat ja nimeä ne.

5 Esimerkkejä voimien vaikutuksista 1. Pallon lyöminen 2. Jalkapallon maalipotku

6 Voima Ulkoinen voima voi muuttaa kappaleen nopeutta Sisäiset voimat eivät voi muuttaa kappaleen nopeutta Esimerkki Polkupyörän polkimen painallus ei liikuta polkupyörää, jos takapyörä ei osu maahan. Takapyörän ja maan välinen kitkavoima saa pyörän liikkeelle.

7 Dynamiikka Newtonin toinen laki N II Kun voima kohdistuu esineeseen, sen nopeus muuttuu eli sille tulee kiihtyvyys. Kiihtyvyys on suuri, jos esineen massa on pieni ja päin vastoin. Dynamiikan peruslaki (Newton II) Kiihtyvyys on suoraan verrannollinen voimaan ja käänteisesti verrannollinen kappaleen massaan. missä a=f/m m=massa F = kappaleeseen vaikuttava voima Voiman voi laskea yhtälöstä F=ma Yksikkö: [F]=[m]/[a] = N

8 Esimerkki 1. Nettovoima Lasketaan kappaleeseen vaikuttava nettovoima F 1 F 3 F 2 F 1 = 8N, F 2 =16N, F 3 =10N

9 Newtonin toinen laki Newtonin toinen laki antaa täsmällisen tavan määrittää esinettä kiihdyttävä voima esinettä kiihdyttävänä vaikutuksena. Voimaa tarvitaan vauhdin muuttamiseen ja nopeuden suunnan muuttamiseen. Voima voi myös muuttaa esineen muotoa. Esimerkki1 Arvioi, paljonko voimaa tarvitaan antamaan autolle, jonka massa on 1000kg kiihtyvyys ½g. Esimerkki2 Auto (m=1000kg) kiihdyttää vauhtiin 100km/h ajassa 10,5 s. Arvioidaan autoon vaikuttava voima.

10 Paino Paino on gravitaation aiheuttama esineeseen kohdistuva voima missä G=mg m = massa g= 9,81 m/s 2 (vertaa F=ma) Esim. Jos massa on 90kg, painovoima on noin. Massa m Massa on esineen kokoon tai aineen määrään liittyvä suure. Massa kuvaa esineen hitautta. Hitaus tulee esiin esimerkiksi otettaessa kiinni ilmassa lentävää esinettä. Tämä on paljon helpompaa kun puhutaan pesäpallosta (pieni hitaus eli pieni massa) kun kuulantyöntökuulasta (iso hitaus). Huomio! Massa ja paino ovat eri asioita fysiikassa, vaikka arkikielessä käsitteet ovat likimain sama. Massa on esineen kokoa tai aineen määrää kuvaava suure. Paino taas liittyy painovoimaan.

11 Newtonin ensimmäinen laki N I = hitauden laki tai jatkavuuden laki ). Jos esineeseen vaikuttavat voimat kumoavat toisensa, kiihtyvyys on nolla eli sen nopeus (vauhti tai suunta) eivät muutu. Esimerkkejä Paperi pöydällä, kiekko jäällä, teräskuula lattialla, matkustaja auton sisälä, auto mutkassa

12 Newtonin ensimmäinen laki N I Esim. Laukkua vedetään vakionopeudella lattialla. Piirretään laukkuun vaikuttavat voimat.

13 Liikettä vastustavat voimat Kitka ja väliaineen vastus Lepokitka estää liikkeen Liukukitka estää liukumisen Pyärimisvastis Väliaineen vastus: ilma, vesi, siirappi

14 Liikettä vastustavat voimat Vortex Rolling resistance Air resistance Lift Force due to the gravity Thrust

15 Liikettä vastustavat voimat Vaihteisto Flat tyre