Kollisioner, impuls, rörelsemängd kapitel 8

Transkript

1 Kollisioner, impuls, rörelsemängd kapitel 8

2 ! Sida 4/4 Laboration 1: Fallrörelse på portalen ikväll Institutionen för Fysik och Astronomi! Mekanik HI: 2014 Fallrörelse Institutionen för Fysik och Astronomi! Mekanik HI: 2014 Vilken är viktens hastighet v precis innan den träffar golvet? Om vi delar in energier i kinetisk rotationsenergi Erot; kinetisk translationsenergi Ek; potentiell energi Epot; samt icke-konservativa krafters arbete W: I denna laboration kommer ni att undersöka fallrörelse samt bekanta er med GLX Xplorer som används i mekaniklabbet för utläsning av t.ex. krafter och rörelser m.h.a. sensorer. hur stor är translationsenergin när vikten träffar golvet jämfört med vad den skulle vara vid fritt fall (för fritt fall kan luftmotstådet ignoreras och skillnaden i potentiell energi vara lika med skillnaden i kinetisk energi)? hur stor del av energin tas upp av rotationen och icke-konservativa krafters arbete? Mål: Kunna beskriva fallrörelse med kinematik och Newtons lagar. Förstå begreppet Gränshastighet (Terminal velocity) med dämpande kraft som är hastighetsberoende i detta fall en magnetbroms. Kunna använda GLX Xplorer för att undersöka mekaniska fenomen. Förberedande uppgifter: Dessa uppgifter skall redovisas i början på laborationen gruppvis. Vid laborationstillfället så kommer ni (gruppen) få reda på vilken av uppgifterna ni skall presentera för de andra alltså måste ni lösa samtliga uppgifter. Svaren för de jämna uppgifterna presenterade nedan, det viktiga är lösningarna och hur ni angriper problemet; för udda problem finns redovisade svar i boken. Om ni inte har förberett er så kommer ni att få göra laborationen vid uppsamlingstillfället i Juni. Försök 2 I detta försök skall en magnet användas för att öka bromsverkan något. Eftersom avståndet mellan magneten är kritiskt så kommer bromsverkan att vara olika god om magneten inte är på konstant avstånd från skivan. I så fall kommer er vinkelhastighet att svänga som på bilden. Detta kan ni avhjälpa genom att linjera upp skivan mot magneten. 4.54!! Svar: b) 4.54 m/s 2!! c) 120 N!! d) 93.3 N! 4.56!! Svar:! b) Lyftkraften blir 2Mg/3! c) 5M/9 5.15!!! 5.34!! Svar:!a) µk=0.556!! b) 2.13 m/s 2 uppåt 5.41!!! 5.71!!! 5.94!! Svar:! 39.0 kg Magneten gör att tyngdens acceleration minskar. Hur mycket ändras a? Hur mycket större är arbetet som icke-konservativa krafter utför jämfört med ovan? Försök 1 Till höger ser ni en stark idealiserad bild av försöksuppställningen för ert första försök. Med hjälp av handdatorn skall ni mäta accelerationen för vikten med konstant bromsverkan (som tillhandahålles av skivans tröghetsmoment, men mer om detta senare i kursen). Det är lämpligt att välja en lätt vikt för dessa försök. Institutionen för Fysik och Astronomi! Mekanik HI: 2014 Försök 3 I detta försök är det dags att ta fram den stora magneten och en mycket liten vikt. Målet är att uppnå en situation där vikten faller med konstant hastighet. I bilden till höger visas ett experiment med en stark magnet och en mycket lätt plastvikt. Med denna uppställning erhölls konstant hastighet. Hur stor blir er konstanta hastighet v? Magnetbroms Till höger visas en magnetbroms som används på det japanska Shinkansen-tåget. Axelns rotation bromsas då magnetfältet som genereras av elektromagneten inducerar virvelströmmar i skivan. De inducerade strömmarna ger upphov till ett magnetfält som genererar en kraft som motverkar rörelsen. Kraftens storlek är proportionell mot hastigheten, därför är bromsverkan låg vid låga hastigheter. Snöret bör vara så långt att vikten kan slå i marken. Med handdatorn kan ni välja att visa både vinkelhastighet och vinkelacceleration i menyn Sensors. Vad är viktens acceleration a? Vad blir snörspänningen?! Sida 1/4! Sida 2/4 Institutionen för Fysik och Astronomi! Mekanik HI: 2014 Utrustning! Sida 3/4

3 Förra gången: Definitionen av arbete W = ZP 2 P 1 F ds P 1 P 2 Arbete-energi principen

4 Hur stor kinetisk energi har isjakterna när de kommer i mål? F 2m F m Start s Mål

5 Energins bevarande Total Kinetisk Potential Annan Total Kinetisk Potential Annan E kin + E pot = konstant E kin + U = konstant

6 F = du dx Datum UP 7.5

7 Konservativa krafters arbete! Kan skrivas som skillnaden mellan en potentialfunktions värde i rörelsens slut och startpunkter! Är reversibelt.! Det är vägoberoende.! När start och slutpunkt är samma är arbetet lika med noll. Initial position

8 Mekanik KF:s jultenta 2012, tal 2 2. En låda väger 2.5 kg och åker med hastigheten 1.2 m/s på en skrovlig yta när lådan slår i en fjäder. Efter det att fjädern komprimerats 5 cm kommer lådan till ett ögonblicks stillatående innan den skjuts tillbaka i riktningen dit den kom ifrån. Friktionskraftens arbete under det att fjädern komprimeras är -0.5 Joule. Bestäm fjäderkonstanten k och friktionskoefficienten µ kin.(5p)

9 Om ett flygplan flyger i en horisontell cirkel med konstant fart, vilket av nedan bevaras under rörelsens gång? a) Velocity / Hastighet! b) Momentum / Rörelsemängd! c) Kinetic energy! d) Acceleration

10 Kollisioner Elastiska Inelastiska p =0 E kin 6=0 Fullständigt Inelastiska p =0 E kin =0 p =0 E kin 6=0 v efter stöt, samma för kombinerade massan

11 Idealisera: anta helt elastisk stöt. Beräkna v

12 Bromssträcka och tid En bil som väger 2 ton bromsar från 10 m/s till 0 m/s.! Vilken blir bromssträckan och tiden om:

13 Ballistiskt test med gel Kulan fastnar i det stillastående gel-blocket. Från början har kulan hastigheten v.! Blocket glider efter träffen 24 mm och friktionskoefficienten mellan bord och gel är 0.4.! Kulan väger kg och blocket 5.00 kg.! Hur stor är v?