Copyright 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley.

Samankaltaiset tiedostot
Mekaniikan jatkokurssi Fys102

5.9 Voiman momentti (moment of force, torque)

Luento 12: Keskeisvoimat ja gravitaatio

Tähtitieteessä SI-yksiköissä ilmaistut luvut ovat usein hyvin isoja ja epähavainnollisia. Esimerkiksi

g-kentät ja voimat Haarto & Karhunen

Luento 10: Keskeisvoimat ja gravitaatio

Luento 12: Keskeisvoimat ja gravitaatio. Gravitaatio Liike keskeisvoimakentässä Keplerin lait Laskettuja esimerkkejä

2 Keskeisvoimakenttä. 2.1 Newtonin gravitaatiolaki

ellipsirata II LAKI eli PINTA-ALALAKI: Planeetan liikkuessa sitä Aurinkoon yhdistävä jana pyyhkii yhtä pitkissä ajoissa yhtä suuret pinta-alat.

Keskeisvoimat. Huom. r voi olla vektori eli f eri suuri eri suuntiin!

5.13 Planetaarinen liike, ympyräradat

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

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

6. TAIVAANMEKANIIKKA. Antiikki: planeetat = vaeltavia tähtiä jotka liikkuvat kiintotähtien suhteen

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

5 Kentät ja energia (fields and energy)

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Energia, energian säilyminen ja energiaperiaate

3.4 Liike-energiasta ja potentiaalienergiasta

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

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

Nyt kerrataan! Lukion FYS5-kurssi

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2013 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

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

Gravitaatio ja heittoliike. Gravitaatiovoima Numeerisen ratkaisun perusteet Heittoliike

Kvanttifysiikan perusteet 2017

yyyyyyyyyyyyyyyyy Tehtävä 1. PAINOSI AVARUUDESSA Testaa, paljonko painat eri taivaankappaleilla! Kuu kg Maa kg Planeetta yyy yyyyyyy yyyyyy kg Tiesitk

VUOROVAIKUTUS JA VOIMA

Muunnokset ja mittayksiköt

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Luento 9: Potentiaalienergia

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

1 Tieteellinen esitystapa, yksiköt ja dimensiot

L a = L l. rv a = Rv l v l = r R v a = v a 1, 5

Luento 11: Potentiaalienergia. Potentiaalienergia Konservatiiviset voimat Voima potentiaalienergiasta gradientti Esimerkkejä ja harjoituksia

2.2 Principia: Sir Isaac Newtonin 1. ja 2. laki

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

VUOROVAIKUTUKSESTA VOIMAAN JA EDELLEEN LIIKKEESEEN. Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet (mat/fys/kem suunt.), luento 1 Kari Sormunen

VUOROVAIKUTUKSESTA VOIMAAN JA EDELLEEN LIIKKEESEEN. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka, luento Kari Sormunen

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

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

1 Laske ympyrän kehän pituus, kun

1. Kuinka paljon Maan kiertoaika Auringon ympäri muuttuu vuodessa, jos massa kasvaa meteoroidien vaikutuksesta 10 5 kg vuorokaudessa.

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

nopeusvektoria säädettäessä. kuvaruudulla olevien kappaleiden

Luento 9: Potentiaalienergia

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit 2 (alkuviikko) / Syksy 2016

Luento 11: Potentiaalienergia

1.4. VIRIAALITEOREEMA

HARJOITUS 4 1. (E 5.29):

1 Tieteellinen esitystapa, yksiköt ja dimensiot

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

LUENTO 3: KERTAUS EDELLISELTÄ LUENNOLTA

infoa Viikon aiheet Potenssisarja a n = c n (x x 0 ) n < 1

Huom. tämä kulma on yhtä suuri kuin ohjauskulman muutos. lasketaan ajoneuvon keskipisteen ympyräkaaren jänteen pituus

v = Δs 12,5 km 5,0 km Δt 1,0 h 0,2 h 0,8 h = 9,375 km h 9 km h kaava 1p, matkanmuutos 1p, ajanmuutos 1p, sijoitus 1p, vastaus ja tarkkuus 1p

Fysiikan perusteet. Voimat ja kiihtyvyys. Antti Haarto

Mekaaninen energia. Energian säilymislaki Työ, teho, hyötysuhde Mekaaninen energia Sisäenergia Lämpö = siirtyvää energiaa. Suppea energian määritelmä:

= 6, Nm 2 /kg kg 71kg (1, m) N. = 6, Nm 2 /kg 2 7, kg 71kg (3, m) N

Kitka ja Newtonin lakien sovellukset

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

Juuri 7 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty c) sin 50 = sin ( ) = sin 130 = 0,77

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

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

W el = W = 1 2 kx2 1

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

Mekaniikka, osa 2. Perttu Lantto. Luentokalvot

Jakso 1: Pyörimisliikkeen kinematiikkaa, hitausmomentti

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

2 Pistejoukko koordinaatistossa

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

Nopeus, kiihtyvyys ja liikemäärä Vektorit

Kerrataan harmoninen värähtelijä Noste, nesteen ja kaasun aiheuttamat voimat Noste ja harmoninen värähtelijä (laskaria varten)

RTEK-2000 Statiikan perusteet. 1. välikoe ke LUENTOSALEISSA K1705 klo 11:00-14:00 sekä S4 klo 11:15-14:15 S4 on sähkötalossa

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

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

KERTAUSTEHTÄVIÄ KURSSIIN A-01 Mekaniikka, osa 1

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 Insinöörivalinnan matematiikan koe , Ratkaisut (Sarja A)

a) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3.

Monissa fysiikan probleemissa vaikuttavien voimien yksityiskohtia ei tunneta

Tekijä Pitkä matematiikka

Suhteellisuusteorian perusteet 2017

Fysiikan perusteet. Työ, energia ja energian säilyminen. Antti Haarto

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Kpl 2: Vuorovaikutus ja voima

Derivoimalla kerran saadaan nopeus ja toisen kerran saadaan kiihtyvyys Ña r

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

Luvun 5 laskuesimerkit

NEWTONIN LAIT MEKANIIKAN I PERUSLAKI MEKANIIKAN II PERUSLAKI MEKANIIKAN III PERUSLAKI

Mekaniikkan jatkokurssi

Aatofunktiot ja epätarkkuus

TAIVAANMEKANIIKKA IHMISEN PERSPEKTIIVISTÄ

Luvun 13 laskuesimerkit

Ydin- ja hiukkasfysiikka: Harjoitus 1 Ratkaisut 1

FYSIIKKA. Mekaniikan perusteita pintakäsittelijöille. Copyright Isto Jokinen; Käyttöoikeus opetuksessa tekijän luvalla. - Laskutehtävien ratkaiseminen

RAK Statiikka 4 op

Transkriptio:

Newtonin painovoimateoria Knight Ch. 13 Saturnuksen renkaat koostuvat lukemattomista pölyhiukkasista ja jääkappaleista, suurimmat rantapallon kokoisia. Lisäksi Saturnusta kiertää ainakin 60 kuuta. Niiden liikettä hallitsee gravitaatiovuorovaikutus.

Sisältö Vähän historiaa Isaac Newton Newtonin gravitaatiolaki Pieni g and Iso G Gravitaation potentiaalienergia Satelliittien radat ja energiat

Who discovered the basic laws of planetary orbits? A. Newton B. Kepler C. Faraday D. Einstein E. Copernicus

Who discovered the basic laws of planetary orbits? A. Newton B. Kepler C. Faraday D. Einstein E. Copernicus

What is geometric shape of a planetary or satellite orbit? A. Circle B. Hyperbola C. Sphere D. Parabola E. Ellipse

What is geometric shape of a planetary or satellite orbit? A. Circle B. Hyperbola C. Sphere D. Parabola E. Ellipse

The gravitational force between two objects of masses m 1 and m that are separated by distance r is A. proportional to r. B. proportional to 1/r. C. proportional to 1/r. D. (m 1 + m )g. E. (m 1 + m )G.

The gravitational force between two objects of masses m 1 and m that are separated by distance r is A. proportional to r. B. proportional to 1/r. C. proportional to 1/r. D. (m 1 + m )g. E. (m 1 + m )G.

The value of g at the height of the space shuttle s orbit is A. 9.8 m/s. B. slightly less than 9.8 m/s. C. much less than 9.8 m/s. D. exactly zero.

The value of g at the height of the space shuttle s orbit is A. 9.8 m/s. B. slightly less than 9.8 m/s. C. much less than 9.8 m/s. D. exactly zero.

Historiaa Keplerin lait 1. Planeettojen radat ovat ellipsejä, joiden toisessa polttopisteessä on Aurinko.. Auringosta planeettaan piirretty jana pyyhkii yhtä pitkinä aikaväleinä aina yhtä suuren pinta-alan. 3. Planeetan kiertoajan neliö on verrannollinen radan ison akselin puolikkaan kolmanteen potenssiin.

Newtonin painovoimalaki Newton esitti, että jokainen maailmankaikkeuden kappale vetää puoleensa kaikkia muita kappaleita. Massoihin m 1 ja m vaikuttavat gravitaatiovoimat F 1 on ja F on 1 ovat Newtonin III lain mukaan yhtä suuret ja vastakkaissuuntaiset. Niiden suuruus on F 1on F on 1 Gm1m r Vakio G on gravitaatiovakio G 6. 6710 11 Nm / kg

Pieni g ja Iso G Oletetaan, että m-massainen kappale on planeetan pinnalla, planeetan massa on M ja säde R. Kappaleeseen vaikuttava paikallinen gravitaatiovoima on FG mg surface Newtonin gravitaatiolain mukaan F M on m GMm R Laki ennustaa vetovoimakiihtyvyydeksi planeetan pinnalla

Jos kappale on etäisyydellä r planeetan keskipisteestä planeetan pinnan yläpuolella (r > R) ja jos ainoa siihen vaikuttava voima on planeetan aiheuttama gravitaatiovoima, kappaleen kiihtyvyys on Maan tapauksessa korkeudella h maanpinnasta g GM GM g e e earth ( Re h ) R ( 1 h / Re ) ( 1 h / R e e earth 1 g ) Huomaa: Avaruusaluksessa gravitaatio aiheuttaa lähes yhtä suuren kiihtyvyyden kuin maanpinnalla.

Gravitaation potentiaalienergia Konservatiivisen voiman kappaleeseen tekemä työ W c (iøf), kun kappale siirtyy paikasta i paikkaan f, ilmenee kappaleen potentiaalienergian muutoksena ΔU: U U f U i W c ( i f ) Konservatiivin en voima: Työ ei riipu siirron reitistä. Lasketaan tämä gravitaatiovoimalle siirroksessa r Ø : U U Gm m 1 U r r dx ( 1 x r dx ( F 1on ) x Gm1m ) x r r dx Gm1m x Gm1m r On luonnollista valita potentiaalienergian nollakohdaksi r =, koska silloin kappaleiden vuorovaikutus häviää. Silloin massojen m 1 ja m gravitaation potentiaalienergia niiden välisen etäisyyden funktiona on Gm1m r U g

Esimerkki Pakonopeus

Satelliittien radat Oletetaan, että satelliitin rata on likimain ympyrä ja vauhti vakio. Gravitaatiovoima on keskeisvoima, joka antaa kappaleelle nopeuden suuntaa muuttavan kiihtyvyyden v a r r Newtonin II laki antaa silloin GMm r mv r F M on m ma Tästä saadaan satelliitin nopeudeksi ympyräradalla r

Keplerin III laki Planeetan kiertoaika T on T Radan pituus Nopeus r v Sijoitetaan äsken saatu planeetan nopeus tähän ja korotetaan yhtälö toiseen potenssiin: T 4 ( ) r GM 3 Jos satelliitin kiertoaika Maan ympäri on 4 h, satelliitin sanotaan olevat geostationäärisellä radalla. Se on Maasta katsottuna paikallaan päiväntasaajan yläpuolella. Edellisestä kaavasta voi laskea radan säteeksi r = 4.5 10 7 m eli satelliitti on noin 35 900 km maanpinnan yläpuolella.

Planeettojen (satelliittien) energiat Planeetan nopeus ympyräradalla on v = GM/r, joten liike-energia on Potentiaalienergiaksi saatiin aikaisemmin, joten planeetan liike-energia on Gm1m r U g Planeetan mekaaninen kokonaisenergia on siten Huomaa, että kokonaisenergia on negatiivinen, koska U g < 0. Tämä on sidottujen systeemien piirre: systeemiin pitää tuoda ulkoa energiaa, jotta osat saadaan äärettömän kauaksi toisistaan, jolloin energia = 0 (jos eivät liiku).

Kuvasta nähdään, että esim. satelliitin siirtyminen suurempisäteiselle (r > r 1 ) radalle vaatii energiaa (DE). Mistä tämä energia saadaan? Vastaus: Energia on polttoaineesta vapautuvaa kemiallista energiaa, joka muuntuu satelliitin ja kaasujen liikeenergiaksi.

Esimerkki Satelliitin saattaminen suuremmalle radalle

Chapter 13. Clicker Questions

A satellite orbits the earth with constant speed at a height above the surface equal to the earth s radius. The magnitude of the satellite s acceleration is A. g on earth. B. g on earth. C. g on earth. D. 4g on earth. E. g on earth.

A satellite orbits the earth with constant speed at a height above the surface equal to the earth s radius. The magnitude of the satellite s acceleration is A. g on earth. B. g on earth. C. g on earth. D. 4g on earth. E. g on earth.

The figure shows a binary star system. The mass of star is twice the mass of star 1. Compared to, the magnitude of the force is A. one quarter as big. B. half as big. C. the same size. D. twice as big. E. four times as big.

The figure shows a binary star system. The mass of star is twice the mass of star 1. Compared to, the magnitude of the force is A. one quarter as big. B. half as big. C. the same size. D. twice as big. E. four times as big.

A planet has 4 times the mass of the earth, but the acceleration due to gravity on the planet s surface is the same as on the earth s surface. The planet s radius is A. R e. B. R e. C. 4R e. D. R e. E. R e.

A planet has 4 times the mass of the earth, but the acceleration due to gravity on the planet s surface is the same as on the earth s surface. The planet s radius is A. R e. B. R e. C. 4R e. D. R e. E. R e.

Rank in order, from largest to smallest, the absolute values U g of the gravitational potential energies of these pairs of masses. The numbers give the relative masses and distances. In absolute value: A. U e > U d > U a > U b = U c B. U b > U c > U d > U a > U e C. U e > U a = U b = U d > U c D. U e > U a = U b >U c > U d E. U b > U c > U a = U d > U e

Rank in order, from largest to smallest, the absolute values U g of the gravitational potential energies of these pairs of masses. The numbers give the relative masses and distances. In absolute value: A. U e > U d > U a > U b = U c B. U b > U c > U d > U a > U e C. U e > U a = U b = U d > U c D. U e > U a = U b >U c > U d E. U b > U c > U a = U d > U e

Two planets orbit a star. Planet 1 has orbital radius r 1 and planet has r = 4r 1. Planet 1 orbits with period T 1. Planet orbits with period A. T = T 1. B. T = T 1 /. C. T = 8T 1. D. T = 4T 1. E. T = T 1.

Two planets orbit a star. Planet 1 has orbital radius r 1 and planet has r = 4r 1. Planet 1 orbits with period T 1. Planet orbits with period A. T = T 1. B. T = T 1 /. C. T = 8T 1. D. T = 4T 1. E. T = T 1.