ESIM. ESIM.

Samankaltaiset tiedostot
Sähköstatiikka ja magnetismi Mekaniikan kertausta

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

RATKAISUT: 21. Induktio

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 19: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Newtonin lakia käyttäen

HARMONINEN VÄRÄHTELIJÄ

Työ ja energia. Haarto & Karhunen.

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 21: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Lagrangen

2 Taylor-polynomit ja -sarjat

Vedetään kiekkoa erisuuruisilla voimilla! havaitaan kiekon saaman kiihtyvyyden olevan suoraan verrannollinen käytetyn voiman suuruuteen

Eksponentti- ja logaritmiyhtälö

Kertausosa. Kertausosa. 4. Sijoitetaan x = 2 ja y = 3 suoran yhtälöön. 1. a) Tosi Piste (2,3) on suoralla. Epätosi Piste (2, 3) ei ole suoralla. 5.

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori!

Todennäköisyysjakaumat 1/5 Sisältö ESITIEDOT: todennäköisyyslaskenta, määrätty integraali

Luku 7 Työ ja energia. Muuttuvan voiman tekemä työ Liike-energia

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

SYMBOLIVIRHETODENNÄKÖISYYDESTÄ BITTIVIRHETODENNÄKÖISYYTEEN

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Fysiikan perusteet. Voimat ja kiihtyvyys. Antti Haarto

Pyramidi 3 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 139 Päivitetty a) 402 Suplementtikulmille on voimassa

W el = W = 1 2 kx2 1

5-2. a) Valitaan suunta alas positiiviseksi. 55 N / 6,5 N 8,7 m/s = =

[ ] [ 2 [ ] [ ] ( ) [ ] Tehtävä 1. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2( ) = 1. E v k 1( ) R E[ v k v k ] E e k e k e k e k. e k e k e k e k.

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 02: Vapausasteet, värähtelyiden analysointi

funktiojono. Funktiosarja f k a k (x x 0 ) k

Energia, energian säilyminen ja energiaperiaate

Luento 7: Voima ja Liikemäärä

Luento 7: Voima ja Liikemäärä. Superpositio Newtonin lait Tasapainotehtävät Kitkatehtävät Ympyräliike Liikemäärä

DISKREETIN MATEMATIIKAN SOVELLUKSIA: KANAVA-EKVALISOINTI TIEDONSIIRROSSA. Taustaa

V. POTENSSISARJAT. V.1. Abelin lause ja potenssisarjan suppenemisväli. a k (x x 0 ) k M

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

Tarkastellaan tilannetta, jossa kappale B on levossa ennen törmäystä: v B1x = 0:

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet, viikko 45/2017

3. Markovin prosessit ja vahva Markovin ominaisuus

S , Fysiikka III (ES) Tentti Tentti / välikoeuusinta. Laaditaan taulukko monisteen esimerkin 3.1. tapaan ( nj njk Pk

:37:37 1/50 luentokalvot_05_combined.pdf (#38)

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

EETU OJANEN SIGNAALIN ENNUSTAMINEN KALMAN-SUOTIMELLA. Kandidaatintyö

Luento 5: Voima ja Liikemäärä

LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

Luento 10: Työ, energia ja teho

Suhteellinen nopeus. Matkustaja P kävelee nopeudella 1.0 m/s pitkin 3.0 m/s nopeudella etenevän junan B käytävää

Runkomelu. Tampereen kaupunki Juha Jaakola PL Tampere

Talousmatematiikan verkkokurssi. Koronkorkolaskut

Luvun 5 laskuesimerkit

Monissa fysiikan probleemissa vaikuttavien voimien yksityiskohtia ei tunneta

Ylioppilastutkintolautakunta S tudentexamensnämnden

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Estimointi Laajennettu Kalman-suodin. AS , Automaation signaalinkäsittelymenetelmät Laskuharjoitus 4

Kvanttifysiikan perusteet 2017

HARJOITUS 4 1. (E 5.29):

dl = F k dl. dw = F dl = F cos. Kun voima vaikuttaa kaarevalla polulla P 1 P 2, polku voidaan jakaa infinitesimaalisen pieniin siirtymiin dl

Naulalevylausunto Kartro PTN naulalevylle

K-KS vakuutussumma on kiinteä euromäärä

Heilurin differentiaaliyhtälö

g-kentät ja voimat Haarto & Karhunen

NEWTONIN LAIT MEKANIIKAN I PERUSLAKI MEKANIIKAN II PERUSLAKI MEKANIIKAN III PERUSLAKI

Luvun 10 laskuesimerkit

Lauri Puranen Säteilyturvakeskus Ionisoimattoman säteilyn valvonta

Vakuutusteknisistä riskeistä johtuvien suureiden laskemista varten käytettävä vakuutuslajiryhmittely.

Luku 8. Mekaanisen energian säilyminen. Konservatiiviset ja eikonservatiiviset. Potentiaalienergia Voima ja potentiaalienergia.

Fysiikan perusteet ja pedagogiikka (kertaus)

M y. u w r zi. M x. F z. F x. M z. F y

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

Tehtävä 2 Todista luennoilla annettu kaava: jos lukujen n ja m alkulukuesitykset. ja m = k=1

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 5, harjoitustenpitäjille tarkoitetut ratkaisuehdotukset

III. SARJATEORIAN ALKEITA. III.1. Sarjan suppeneminen. x k = x 1 + x 2 + x ,

Lineaarialgebra MATH.1040 / voima

1974 N:o 622. Vakuutusteknisistä riskeistä johtuvien suureiden laskemista varten käytettävä vakuutuslajiryhmittely. Liite 1.

Luento 9: Potentiaalienergia

Luku 1: Järjestelmien lineaarisuus, differenssiyhtälöt, differentiaaliyhtälöt

Riemannin sarjateoreema

Matematiikan tukikurssi

Luku 1: Järjestelmien lineaarisuus, differenssiyhtälöt, differentiaaliyhtälöt

EPOP Kevät

Taajamaosayleiskaava Kaupallisen selvityksen päivitys

Tehtävä 3. Määrää seuraavien jonojen raja-arvot 1.

VUOROVAIKUTUS JA VOIMA

Olkoot X ja Y riippumattomia satunnaismuuttujia, joiden odotusarvot, varianssit ja kovarianssi ovat

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Luento 10. Potentiaali jatkuu, voiman konservatiivisuus, dynamiikan ja energiaperiaatteen käyttö, reaalinen jousi

4. Gaussin laki. (15.4)

Luku kahden alkuluvun summana

Luvun 5 laskuesimerkit

BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 12: Tasokehän palkkielementti, osa 2.

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme


M 2 M = sup E M 2 t. E X t = lim. niin martingaalikonvergenssilauseen oletukset ovat voimassa, eli löydämme satunnaismuuttujan M, joka toteuttaa ehdon

i ni 9 = 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6, k k

Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 1. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

SAUNAN ENERGIANKULUTUS JA SIIHEN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT The energy consumption of sauna and related factors

ELEC-A3110 Mekaniikka (5 op)

Shrödingerin yhtälön johto

Kolmivaihejärjestelmän oikosulkuvirran laskemista ja vaikutuksia käsitellään standardeissa IEC-60909, , , 60781, ja

6 Lineaarisen ennustuksen sovelluksia

Perustehtäviä. Sarjateorian tehtävät 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 24

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 1, MALLIRATKAISUT

TEHTÄVIEN RATKAISUT. b) 105-kiloisella puolustajalla on yhtä suuri liikemäärä, jos nopeus on kgm 712 p m 105 kg

Transkriptio:

1

Vierintäita f r lasetaan samannäöisellä aavalla uin liuuitain: Ihmisunnan erästä suurimmista esinnöistä eli pyörää äytetään sen taia, että vierintäitaerroin µ r on paljon pienempi uin liuuitaerroin: teräspyörät teräsisoilla: µ r = 0.002 0.003 umipyörät betonillla: µ r = 0.01 0.02 (Sivuhuomio: rautatieliienne on energiatehoaampaa uin autoliienne) Väliaineen vastus on voima, jolla aasu tai neste vastustaa sen läpi ulevan appaleen liiettä Syy on voima, jona liiuva appale ohdistaa väliaineen moleyyleihin työntäessään niitä pois tieltä. Väliaineen vastus on tämän voiman vastavoima Newtonin III lain muaisesti: Yhtäsuuri voima, jona väliaineen moleyylit ohdistavat appaleeseen Väliaineen vastus riippuu appaleen nopeudesta: pienille appaleille ja nopeusille: suurille appaleille ja nopeusille: f = v (5.7) f = Dv 2 (5.8) Verrannollisuusertoimet ja D määräytyvät appaleen muodosta ja oosta seä väliaineen ominaisuusista. Ysiöt: [] = N s/m = g / s; [D] = N s 2 / m 2 = g / m f r = µ r n 2

Kosa väliaineen vastus riippuu appaleen nopeudesta, putoamisliie väliaineessa EI ole tasaisesti iihtyvää! Öljyssä putoava metalliuula määritä iihtyvyys, nopeus ja paia ajan funtiona RATK. Vapaaappaleuvasta: Fy = mg v y = ma y Putoamisen alussa nopeus on nolla ja a y = g, vapaa pudotus Nopeuden asvaessa väliaineen vastus asvaa ja iihtyvyys alaspäin pienenee Lopulta väliaineen vastus ja appaleen paino ovat yhtäsuuria ja vastaaismerisiä: mg v t =0 ) v t = mg (5.9) Putoaminen tapahtuu tasaisella terminaalinopeudella v t Taremmin, Newton II: F y = mg v y = ma y = m dv y dt, dv y dt = {z} g m v y = m (v t v y ), dv y v y v t = m dt =v t /m (5.9) Z, Z vy 0 dv y v y v t = m Z t 0 dt (Integroidaan puolittain; un t = 0, myös v y = 0), [ln (v y v t )] v y 0 =ln(v y v t ) ln ( v t )=, ln v y v t = v t v y ex, 1 =exp v t ) v y = v t apple1 exp (5.10) 3

Kiihtyvyys: a y = dv y dt = v t exp m ) a y = g exp = v t {z} m =g exp (5.11) Paia:, y = Z t 0 v y = dy dt v t apple1 exp ) y = v t t ) dy = v y dt ) y y {z} 0 = =0 m apple dt = v t t v t exp apple m 1 exp Z t 0 v y dt t 0 (5.12) Oletimme, että väliaineen vastus on muotoa v ja saimme terminaalinopeuden Suuremmalla nopeudella putoavalle appaleelle r mg Fy = mg Dvt 2 =0 ) v t = D v t = mg (5.13) Molemmat terminaalinopeuden lauseeet antavat suuremman nopeuden isomassaiselle appaleelle verrattuna pienimassaiseen appaleeseen, jos oletetaan että appaleiden tai D teijät ovat yhtäsuuret! Tämä johtuu siis väliaineen vaiutusesta; vapaassa pudotusessa tyhjiössä aii appaleet putoavat samalla tasaisella iihtyvyydellä ja putoamisaia on sama Esim. lasuvarjohyppääjä asvattaa D-parametriaan levittämällä raajansa asentoon 4

5.4 Ympyräliieen dynamiiaa Aiemmasta: Ympyräliieen radiaalinen iihtyvyys (esihauiihtyvyys) a rad = v2 R Newton II: Tätä vastaa esihauvoima ΣF rad = ma rad : Frad = m v2 (5.17) R joa suuntautuu ympyräradan esipistettä ohti Kesihauvoima voi olla usean yhtä aiaa vaiuttavan voiman yhteisvaiutus Jos esihauvoima yhtäiä laaa vaiuttamasta, appale jataa senhetisen radan tangentin suuntaan Ariielessä äytetty termi esipaoisvoima EI ole todellinen voima, vaan seurausta siitä, että ympyräradalla oleva havaitsija tulitsee tilanteensa virheellisesti inertiaalioordinaatistossa tapahtuvasi. Esim. arusellin matustajaan ei ohdistu ulospäin radiaalisesti vaiuttavaa voimaa! 5

6

Esim. lentooneen lentäessä suoraviivaisessa liieessä sen paino ja siivistä johtuva nostovoima L umoavat toisensa: L = mg Nostovoima on ilman moleyylien reatio (=vastavoima) siihen voimaan, jolla siivet painavat ilman moleyylejä alaspäin oneen edetessä väliaineessa Kaarrettaessa onetta allistetaan, jotta L saa vaaasuoran omponentin L sinβ Vaaasuora omponentti toimii esihauvoimana Samalla L:n pystysuora omponentti pienenee teijällä cosβ! one menettää oreutta, jollei lentäjä samalla vedä ohjaussauvasta taasepäin Tällöin nostovoima asvaa ja L:n suureneminen ompensoi teijän cosβ ja oneen lentooreus pysyy vaiona 7

Edellisessä esimerissä nopeus v pysyi oo ajan vaiosuuruisena Yleisessä pystytasossa tapahtuvassa ympyräliieessä nopeus saa erisuuria arvoja radan eri ohdissa Ainoastaan radan ylimmässä ja alimmassa ohdassa iihtyvyys suuntautuu ympyräliieen esipisteeseen Alas mennessään appaleella on positiivinen tangentiaalinen iihtyvyys johtuen painon omponentista radan suuntaan (uvan tilanne): Nopeus ja esihauvoima asvavat Ylös mennessään appaleella on negatiivinen tangentiaalinen iihtyvyys: nopeus ja esihauvoima pienenevät Pystysuoran ympyräliieen tarastelua helpottaa energiaperiaatteen äyttö (myöhemmin) 8

5.5 Luonnossa esiintyvät perusvuorovaiutuset Kaii voimat johtuvat neljästä perusvuorovaiutusesta: (1) Gravitaatio, painovoima: Kaiien massan omaavien appaleiden oema esinäinen attratio. Määrää maailmanaieuden suuren mittaaavan raenteen (2) Sähömagneettiset voimat: Samanmeristen sähövarausten repulsio ja erimeristen varausten attratio!sähöiset voimat; varausten liie! magneettiset voimat. Määräävät ontativoimat, uten normaali- ja ita voiman, seä väliaineen vastusen. Määräävät atomien, moleyylien ja iinteiden appaleiden raenteen (3) Vahva vuorovaiutus sitoo samanmeriset protonit vaaisi atomiytimisi ja vastaa siten vetyä rasaampien aluaineiden olemassaolosta. Tähtien energianlähde. (4) Heio vuorovaiutus säätää aleishiuasten muuttumista toisiseen, esim. radioatiivisessa hajoamisessa Sähöiset ja magneettiset voimat ymmärrettiin saman sähömagneettisen vuorovaiutusen ilmenemismuodoisi 1800-luvun puolivälissä (James Cler Maxwell) Sähömagnetismi ja heio vuorovaiutus yhdistettiin 1960-luvulla sähöheiosi vuorovaiutusesi (Sheldon Glashow, Abdus Salam ja Steven Weinberg) Sähöheion ja vahvan vuorovaiutusen yhdistäväsi suuresi yhtenäisteoriasi (grand unified theory, GUT) on luuisia andidaatteja Fundamentaalisen fysiian suurena tavoitteena on saada aiaan aien teoria (theory of everything, TOE), jossa aii neljä perusvuorovaiutusta voidaan uvata samasta lähtöohdasta 9

Kappaleen 5 yhteenveto: F = 0 Fx =0 ; Fy =0 F = ma Fx = ma x ; Fy = ma y f = µ n f s apple µ s n a rad = v2 R Frad = ma rad 10

6 TYÖ JA LIIKE-ENERGIA Esimerisi jousiammunnassa jousi ohdistaa nuoleen ajan funtiona muuttuvan, siis ei-vaiosuuruisen voiman Nuoli on siis ei-vaiosuuruisesti iihtyvässä liieessä sinä aiana, jolloin se on ontatissa jousen anssa Liieen uvaaminen pelästään inematiian ja dynamiian työaluilla johtaa monimutaiseen tilanteeseen Apuna voidaan äyttää työn ja energian äsitteitä, jota mahdollistavat usein prosessien monimutaisten ysityisohtien sivuuttamisen Energiaäsitteen hyödyllisyys johtuu energiaperiaatteesta: (Suljetun) systeemin oonaisenergia säilyy, vaia energia voi muuttaa muotoaan. Energiaa ei voi luoda tai hävittää Energiaperiaate attaa fysiian aii osa-alueet: Toistaisesi ei ole havaittu sen rioutuvan osaan Kineettinen energia = liie-energia liittyy appaleiden liieeseen 11