Vajad kellegagi rääkida?
Küsi julgelt abi LasteAbi
Logi sisse

Punktmassi kinemaatika (2)

5 VÄGA HEA
Punktid

Punktmassi kinemaatika.


1.1 Kulgliikumine
Taustkeha – keha, mille suhtes liikumist vaadeldakse.
Taustsüsteem – kella ja koordinaadistikuga varustatud taustkeha.
Punktmass – keha, mille mõõtmed võib kasutatavas lähenduses arvestamata jätta (kahe linna vahel liikuv auto, mille mõõtmed on kaduvväikesed linnadevahelise kaugusega; ümber päikese tiirlev planeet, mille mõõtmed on kaduvväikesed tema orbiidi mõõtmetega jne.).
- punktmassi kohavektor vaadeldavas taustsüsteemis.
- punktmassi kiirusvektor vaadeldava taustsüsteemi suhtes.
Punktmassi koordinaadid – tema kohavektori komponendid (projektsioonid).
. (1.1)
Trajektoor – keha liikumisjoon. Seda kirjeldavad võrrandid parameetrilised võrrandid, (1.2)
kus parameetriks on aeg.
Punktmassi kiirusvektoriks nimetatakse tema kohavektori ajalist tuletist:
(1.3)
Rõhutame, et punktmassi kiirusvektor on alati suunatud piki tema trajektoori puutujat.
Siit järeldub tuletise füüsikaline tähendus – kui funktsiooni argumendiks on aeg, siis selle funktsiooni tuletis on tema muutumise kiirus ajas.
Punktmassi kiirendusvektoriks nimetatakse tema kiirusvektori ajalist tuletist (kohavektori teine tuletis aja järgi):
. (1.4)
Võrrandeid (1.3) ja (1.4) nimetatakse punktmassi liikumisvõrranditeks. Et kiirus- ja kiirendusvektor komponentkujul esituvad
(1.5)
siis liikumisvõrrandid komponentkujul avalduvad
(1.6)
Analoogilised võrrandid kirjutame ka kiirus- ja kiirendusvektori y- ja z-komponentide jaoks. Võrrandid (1.6) on liikumisvõrrandid kõige üldisemal juhul. Käsitleme näitena gümnaasiumikursusest tuttavat ühtlaselt muutuvat sirgjoonelist liikumist (), kus keha kohavektor muutub ajas järgmise seaduse järgi:
, (1.7)
kus
on keha kohavektor hetkel ,
tema algkiirus ,
kiirendus. Arvutades siit ajalise tuletise, saame valemi (1.3) põhjal keha kiirusvektori ajahetkel t
, (1.8)
teine tuletis aja järgi annab
. (1.9)
Komponentkujul oleksid seega ühtlaselt muutuva sirgjoonelise liikumise võrrandid järgmised.
(1.10)
Sarnased võrrandid kirjutame ka koha- ja kiirusvektorite y- ja z-telje sihiliste komponentide jaoks. Need lubavad algtingimusi – algasukohta, algkiirust ja kiirendust teades arvutada keha koordinaadid mistahes ajahetkel t.
Elimineerides võrranditest (1.10) aja, avaldades selle süsteemi (1.10) alumisest võrrandist ja asendades tulemuse ülemisse võrrandisse, saame aega mittesisaldava liikumisvõrrandi x-telje sihis:
. (1.11)
Pannes kirja samasugused võrrandid ka x- ja y-telje sihis, jõuame ühtlaselt muutuva sirgjoonelise liikumise aega mittesisaldava vektorvõrrandini
. (1.12)

1.2 Kiiruste liitmine


Vaatleme mingit taustkeha K ja punktmassi m, mis liigub selle taustkeha suhtes kiirusega . Punktmassi m kohavektor taustkeha K suhtes olgu .
Liikugu nüüd taustkeha K ise mingi teise taustkeha K’ suhtes kiirusega . Tähistame taustkeha K kohavektori taustkeha K’ suhtes .
Tuleb arvutada punktmassi m kiirus taustkeha K’ suhtes. Tähistame selle kiiruse . Ühtlasi olgu punktmassi m kohavektor taustkeha K’ suhtes .
Ilmselt kehtib
Arvutame sellest summast ajalise tuletise arvestades, et keha kohavektori ajaline tuletis mingis taustsüsteemis on tema kiirusvektor samas taustsüsteemis.
. (1.13)
Järelikult – et leida punktmassi kiirust paigaloleva taustkeha suhtes, tuleb liita selle punktmassi kiirus liikuva taustkeha suhtes ja liikuva taustkeha kiirus paigaloleva taustkeha suhtes. (NB! Kiirusi tuleb liita kui vektoreid!).
1.3 Vaba langemine
Ühtlaselt kiireneva liikumise ühe erijuhuna käsitleme vaba langemist.
Vabaks langemiseks nimetatakse keha liikumist juhul, kui talle mõjub ainult raskusjõud. See tähendab, et ka õhutakistust ei arvestata.
Selles alapunktis käsitleme ainult lihtsamat juhtu, kus keha liigub ainult vertikaalsihis. Sel juhul tuleb meil kirjutada liikumisvõrrandid ainult z-telje sihis. Ühtlaselt kiireneva liikumise korral saame valemi (1.10) põhjal
. (1.14)
Oletame, et liikumine toimub maapinna vahetus läheduses. Sel juhul võime öelda, et keha liigub kiirendusega , mida nimetatakse ka raskuskiirenduseks ehk vaba langemise kiirenduseks. Maapinna vahetus läheduses on selle arvuline väärtus ligikaudu . Tegelikult see väärtus kahaneb kõrguse suurenedes, kuid maapinna läheduses võime selle väärtuse lugeda piisavalt suure täpsusega konstantseks. Seega vabalt langeva keha kiirenduse z-telje sihiline komponent on –g, kiirenduse ülejäänud komponendid võrduvad alati nulliga. Miinusmärk tuleb sellest, et see kiirendus on suunatud allapoole:
. (1.15)
Samuti arvestame, et kuna liikumine on ainult vertikaalsihis, siis ka , sest keha kiirusel teiste telgede sihis komponendid puuduvad. Nii võime vertikaalsihis vabalt langeva keha liikumisvõrranditele anda järgmise kuju:
(1.16)
Meenutame veel, et need võrrandid kehtivad ainult eeldusel , et , kus R on Maa raadius.
Vaba langemise korral kehtivad veel järgmised väited.
  • Vaba langemise kiirendus ei sõltu langeva keha massist.
  • Kui alg- ja lõppkõrgus on võrdsed, siis
    a) üleslennu aeg võrdub allalangemise ajaga ,
    b) keha langeb maapinnale sama kiirusega, millega ta sealt üles visati.
    1.4 Kõverjooneline liikumine
    Vektorkujul või komponentkujul kirjutatud liikumisvõrranditel (1.6) on see eelis, et nende abil on võimalik kirjeldada ka kõverjoonelist liikumist. Selleks lahutatakse liikumine koordinaattelgede sihilisteks, teineteisega ristuvateks ja seetõttu ka üksteisest sõltumatuteks komponentideks. Liikumisvõrrandid kirjutatakse välja iga telje sihis eraldi ja avaldatakse selliselt saadud võrrandisüsteemist otsitavad suurused.
    Kõverjoonelise liikumise näitena vaatame sellist vaba langemist, kui keha algkiirus
    pole enam z-telje sihiline. S.t. keha visatakse vertikaalsihi suhtes mingi nurga all. Siis valime koordinaatteljestiku selliselt, et z- telg on endiselt vertikaalsihiline ja keha algkiiruse vektor
    paikneks xz-tasandil. Liikumisvõrrandid komponentkujul (1.6) võtavad kuju (1.10) ja need tuleb kirjutada ainult x- ja z-telje sihis.
    (1.17)
    Et vaba langemise korral kiirendusvektor avaldub
    , (1.18)
    Saame liikumisvõrrandid (1.17)
    (1.19)
    Näeme, et x-telje sihis on keha ühtlases liikumises konstantse kiirusega , z-telje sihis toimub ühtlaselt kiirenev liikumine kiirendusega –g.
    1.4a Horisontaalselt visatud keha liikumine
    Visatagu keha algkõrguselt
    horisontaalsihis algkiirusega . Tuleb määrata selle keha lennuaeg t, lennukaugus x ja kiirus maapinnale langemise hetkel v.
    Et keha visati horisontaalsihis, siis algkiiruse vektor
    omab komponenti vaid x-telje sihis:
    (1.20)
    Kiirendusvektori saame valemist (1.18). Samuti võtame lõppkõrguse , sest keha langeb maapinnale. Öeldut arvestades omandavad liikumisvõrrandid (1.19) kuju
    (1.21)
    Süsteemi (1.21) teise paari esimesest võrrandist saame kohe avaldada lennuaja, mis võrdub kõrguselt
    kukkuda lastud keha vaba langemise ajaga:
    . (1.22)
    Saadud aja t asendame süsteemi (1.21) esimese paari esimesse võrrandisse, saame maksimaalse lennukauguse
    . (1.23)
    Kiiruse mooduli v arvutamiseks lähtume valemist
    . (1.24)
    Kiirusvektori komponendid saame süsteemist (1.21). Kiiruse moodul suvalisel ajahetkel on seega
    . (1.25)
    Et arvutada kiiruse moodulit maapinnale langemise hetkel, asendame valemisse (1.25) veel lennuaja valemist (1.22):
    . (1.26)
    1.4b Kaldu horisondiga visatud keha liikumine.
    Keha visatakse nurga
    all horisondi suhtes algkiirusega . Määrata lennuaeg t, lennukaugus x ja maksimaalne lennukõrgus .
    Algkiiruse vektor moodustab x-telje sihis nurga , seega omab ta komponente
    . (1.27)
    Kiirenduse saame valemist (1.18). Samuti võtame , sest keha visatakse maapinnalt ja ta ka langeb maapinnale. Öeldut arvestades saame järgmised liikumisvõrrandid:
    (1.28)
    Süsteemi (1.28) teise paari esimesest võrrandist saame lennuajaks
    , (1.29)
    mida süsteemi (1.28) esimese paari esimesse valemisse asendades saame maksimaalseks lennukauguseks
    . (1.30)
    Maksimaalse tõusukõrguse
    arvutamiseks kasutame punktis 1.3 toodud väidet, et kui algkõrgus ja lõppkõrgus on võrdsed, siis üleslennu aeg võrdub allalangemise ajaga. Järelikult jõuab keha trajektoori kõrgeimasse punkti aja vältel. Maksimaalne lennukõrgus oleks siis süsteemi (1.19) põhjal
    kus t on endiselt kogu lennuaeg. Asendades siia suuruse t valemist (1.29) ja lihtsustades saadud avaldist , on tulemuseks
    . (1.31)
    Lõpetuseks teeme valemist (1.30) veel mõned järeldused. Et kehtib seos , siis
    1) viskenurkade
    ja
    korral on lennukaugused võrdsed,
    2) suurim lennukaugus on viskenurga
    korral.
  • Vasakule Paremale
    Punktmassi kinemaatika #1 Punktmassi kinemaatika #2 Punktmassi kinemaatika #3 Punktmassi kinemaatika #4 Punktmassi kinemaatika #5 Punktmassi kinemaatika #6 Punktmassi kinemaatika #7 Punktmassi kinemaatika #8
    Punktid 50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.
    Leheküljed ~ 8 lehte Lehekülgede arv dokumendis
    Aeg2009-01-30 Kuupäev, millal dokument üles laeti
    Allalaadimisi 154 laadimist Kokku alla laetud
    Kommentaarid 2 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
    Autor Janka Õppematerjali autor
    Materjal sisaldab endas selliseid peatükke nagu kulgliikumine, kiiruste liitmine, vaba langemine, kõverjooneline liikumine,horisontaalselt visatud keha liikumine,kaldu horisondiga visatud keha liikumine

    Sarnased õppematerjalid

    TTÜ üldfüüsika konspekt
    414
    pdf

    TTÜ üldfüüsika konspekt

    1. Punktmassi kinemaatika. 1.1 Kulgliikumine 1.2 Vaba langemine 1.3 Kõverjooneline liikumine 1.4a Horisontaalselt visatud keha liikumine 1.4b Kaldu horisondiga visatud keha liikumine. 2. Pöördliikumine 2.1 Ühtlase pöördliikumisega seotud mõisted 2.2 Kiirendus ühtlasel pöördliikumisel 2.3 Mitteühtlane pöördliikumine. Nurkkiirendus 2.4 Pöördenurga, nurkkiiruse ja nurkkiirenduse vektorid. 3. Punktmassi dünaamika 3.1. Inerts. Newtoni I seadus. Mass. Tihedus. 3.2 Jõu mõiste. Newtoni II ja III seadus 3.3 Inertsijõud 4. Jõudude liigid 4.1 Gravitatsioonijõud 4.1a Esimene kosmiline kiirus. 4.2 Hõõrdejõud 4.2a Keha kaldpinnal püsimise tingimus. 4.2b Liikumine kurvidel 4.3 Elastsusjõud 4.3a Keha kaal 5 JÄÄVUSSEADUSED 5.1 Impulss 5.1a Impulsi jäävuse seadus. 5.1b Masskeskme liikumise teoreem 5.1c Reaktiivliikumine (iseseisvalt) 5

    Füüsika
    Loeng 6 Kehade süsteemi tasakaal-Hõõre
    40
    pptx

    Loeng 6 Kehade süsteemi tasakaal-Hõõre

    LOENGUKURSUS UTT0080 INSENERIMEHAANIKA UTT0090 INSENERIFÜÜSIKA 6. LOENG KEHADE SÜSTEEMI TASAKAAL. HÕÕRE. KINEMAATIKA 6.3 JÕUSÜSTEEMI TASAKAAL Varem oleme näidanud, et jõusüsteem on ekvivalentne tema peavektoriga ja peamomendiga. Süsteemi tasakaaluks on tarvilik ja piisav, et need võrduksid nulliga: FO = 0; MO =0. Toodud avaldised esitavad süsteemi tasakaalutingimusi vektorkujul. TASAKAALUTINGIMUSED Descartes’i koordinaatides omavad nii peavektor kui ka peamoment kolm komponenti, mis annab kokku kuus tasakaalutingimust. Skalaarkujul tasakaalutingimused

    Füüsika
    Füüsika eksamiks
    10
    doc

    Füüsika eksamiks

    I.1.Mehhaanika 1.1.Kinemaatika 1.1.1.Inertsiaalne taustsüsteem Liikumise kirjeldamine peab toimuma ajas ja ruumis.Ruumis määratakse keha asukoht taustsüsteemi suhtes.Taustsüsteemis kehtib Newtoni 1 seadus.Iga taustsüsteemi,mis liigub inertsiaalse suhtes ühtlaselt ja sirgjooneliselt,nimetatakse samuti inertsiaalseks. Üleminek ühest inertsiaalsest süsteemist teisesse: Galillei teisendus: keha koordinaate arvestades,et aeg külgeb mõlemas süsteemis ühtemoodi. x=x'+V0*t x-I süsteem y=y' x'-II süsteem z=z' t=t' Keha kiirus on esimeses süsteemis: V=V'+V0 Dünaamika võrrandid ei muutu üleminekul Ist inertsiaalsest taustsüsteemist teisesse,see tähendab,et nad on invariantsed koordinaatide teisenduste suhtes. 1.1.2.Ühtlane sirgliikumine Keha liikumise tegelik tee on trajektoor. Nihkvektoriks s¯ nimetame keha liikumise trajektoori alg-ja lõpppunkti ühendavat vektorit.Olgu nihe S¯ ajavahemikku t jooksul,s

    Füüsika
    Füüsika 1 eksam
    24
    pdf

    Füüsika 1 eksam

    r r Kui at > 0 , siis a t v Normaalkiirendus r r Kui at < 0 , siis a t v Iseloomustab kiiruse suuna muutumist ajas. r v2 r an = n , kus n on kiirusega ristiolev r ühikvektor Kinemaatika võrrandid Pöörlemise kinemaatika võrrandid ax t 2 = 0 ± t x = x0 + v0 x t + 2 t2 = 0 t ± v x = v0 x + a x t 2 Ühtlaselt muutuval, ühesuunalisel liikumisel: s v = v0 ± a t v a t2 at s = v0 t ± 2

    Füüsika
    Füüsika põhimõisted
    4
    pdf

    Füüsika põhimõisted

    FÜÜSIKA I põhimõisted Kohavektor on koordinaatide alguspunktist antud punkti tõmmatud vektor G G G G r = xi + yj + zk , kus ( x, y, z ) on punkti koordinaadid. Nihe on vektor, mis ühendab G G G punktmassi kahte asukohta suunaga ajaliselt hilisemasse asukohta r = r (t ) - r (t + t ) . G G Kiirus v ja kiirendus a on punktmassi (punkti) liikumist iseloomustavd füüsikalised G G dr suurused. Kiirus on punkti kohavektori tuletis aja järgi v = . Kiiruse projektsioonid dt dx dy dz ja moodul v = vx + v y + vz .

    Füüsika
    Insenerimehaanika-Loenguid ja harjutusi dünaamikast
    18
    doc

    Insenerimehaanika-Loengui d ja harjutusi dünaamikast

    professor Ivan Mestserski (1859-1935). Oma kuulsa võrrandi esitas ta magistri- dissertatsioonis "Muutuva massiga punkti dünaamika" 1897. aastal. Seda arendas ta edasi ja üldistas 1904. aastal. Raketiteooria looja on K. Tsiolkovski (1857-1935). §2. Dünaamika aksioomid Dünaamika aksioome on neli. Kolmeks esimeseks on Newtoni kolm seadust. Neljanda aksioomi, nn "jõudude mõju sõltumatuse printsiibi" esitas hiljem Lagrange. 1. I aksioom. Inertsiseadus. Punktmass, millele ei mõju jõudusid, säilitab oma paigalseisu või ühtlase sirgjoonelise liikumise seni, kuni talle rakendatud jõud ei sunni teda seda olekut muutma. Selle seaduse avastas juba G. Galilei 1638. aastal. Asi oli nimelt selles, et Vana- Kreeka teadlased arvasid, et igasuguse liikumise põhjustajaks on alati jõud -- "kus on liikumine, seal peab olema ka mingi jõud" (Aristoteles). Kui kehale mingit jõudu rakendatud ei ole, siis nende arvates peab keha olema paigal. Galilei taipas,

    Insenerimehaanika
    Teooriaküsimused ja vastused
    45
    doc

    Teooriaküsimused ja vastused

    Kordamisküsimused Staatika, kinemaatika ja dünaamika 1. Mida nimetatakse jõuks? Jõud on vektoriaalne suurus, mis väljendab ühe materjaalse keha mehaanikalist toimet teisele kehale ja mille tulemuseks on kehade liikumise muutus või keha osakeste vastastikuse asendi muutus ehk deformatsioon. Jõu iseloomustamiseks peab tal olema rakenduspunkt, suund ja moodul. 2. Mis on jõu mõjusirge? Jõu mõjusirge on sirge, mille peal jõu vektor asetseb. 3. Mida nimetatakse absoluutselt jäigaks kehaks?

    Insenerimehaanika
    Pöördliikumine
    8
    doc

    Pöördliikumine

    Pöördliikumine 2.1 Ühtlase pöördliikumisega seotud mõisted Vaatleme esmalt ühtlast pöördliikumist pöörleva ratta näitel, millel tähistame kaks punkti ­ punkt A1 kaugusel r1 ja punkt A2 kaugusel r2 pöörlemisteljest. Ratta pöörlemisel läbib punkt A2 ilmselt pikema teepikkuse s 2 kui punkt A1 , mille läbitud teepikkus olgu s1 . r2 v2 s2 r1 v1 s1 O Järelikult pole erinevalt kulgliikumisest pöördliikumise korral mõtet rääkida teepikkusest, kuna erinevad keha punktid läbivad erinevad teepikkused. Jooniselt on näha, et läbitud teepikkused s on võrdelised kaugustega r pöörlemisteljest. Suhet s s s = 1 =

    Füüsika




    Kommentaarid (2)

    RobinG profiilipilt
    Robin Ginter: Võiks pisut pikem olla, kuid oma teema seletas ära
    17:48 28-11-2010
    ollikas profiilipilt
    ollikas: norm
    20:51 08-10-2009



    Sellel veebilehel kasutatakse küpsiseid. Kasutamist jätkates nõustute küpsiste ja veebilehe üldtingimustega Nõustun