Tillämpad biomekanik, 5 poäng Plan rörelse, kinematik och kinetik

Relevanta dokument
Stången: Cylindern: G :

Stela kroppens rotation kring fix axel

Resultatet av kryssprodukten i exempel 2.9 ska vara följande: Det vill säga att lika med tecknet ska bytas mot ett plustecken.

Tentamen 1 i Matematik 1, HF1903, Fredag 14 september 2012, kl

Linjär Algebra (lp 1, 2016) Lösningar till skrivuppgiften Julia Brandes

Del A. x 0 (1 + x + x 2 /2 + x 3 /6) x x 2 (1 x 2 /2 + O(x 4 )) = x3 /6 + O(x 5 ) (x 3 /6) + O(x 4 )) = 1 + } = 1

Övning 3 - Kapitel 35

Lösningar och kommentarer till uppgifter i 1.1

TNA001- Matematisk grundkurs Tentamen Lösningsskiss

Vad är det okända som efterfrågas? Vilka data är givna? Vilka är villkoren?

Problem 2 löses endast om Du hade färre än 15 poäng på duggan som gavs arctanx sin x. x(1 cosx) lim. cost.

Tentamenskrivning, , kl SF1625, Envariabelanalys för CINTE1(IT) och CMIEL1(ME ) (7,5hp)

c n x n, där c 0, c 1, c 2,... är givna (reella eller n=0 c n x n n=0 absolutkonvergent om x < R divergent om x > R n n lim = 1 R.

Svar till tentan

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Genomgånget på föreläsningarna Föreläsning 26, 9/2 2011: y + ay + by = h(x)

5. Linjer och plan Linjer 48 5 LINJER OCH PLAN

Tentamen i Flervariabelanalys F/TM, MVE035

vara ett polynom där a 0, då kallas n för polynomets grad och ibland betecknas n grad( P(

H1009, Introduktionskurs i matematik Armin Halilovic POLYNOM, POLYNOMDIVISION, ALGEBRAISKA EKVATIONER, PARTIALBRÅKSUPPDELNING. vara ett polynom där a

101. och sista termen 1

b 1 och har för olika värden på den reella konstanten a.

ENDIMENSIONELL ANALYS B1 FÖRELÄSNING VI. Föreläsning VI. Mikael P. Sundqvist

Ekvationen (ekv1) kan beskriva en s.k. stationär tillstånd (steady-state) för en fysikalisk process.

LINJÄR ALGEBRA II LEKTION 4

Kontrollskrivning 3 i SF1676, Differentialekvationer med tillämpningar. Tisdag kl 8:15-10

Tillämpad biomekanik, 5 poäng Övningsuppgifter

Mekanik Föreläsning 8

Genomsnittligt sökdjup i binära sökträd

TNA001 Matematisk grundkurs Övningsuppgifter

DEL I. Matematiska Institutionen KTH

Uppgifter 3: Talföljder och induktionsbevis

1. BERÄKNING AV GRÄNSVÄRDEN ( då x 0 ) MED HJÄLP AV MACLAURINUTVECKLING. n x

Föreläsning 10: Kombinatorik

Inledande matematisk analys (TATA79) Höstterminen 2016 Föreläsnings- och lekionsplan

= x 1. Integration med avseende på x ger: x 4 z = ln x + C. Vi återsubstituerar: x 4 y 1 = ln x + C. Villkoret ger C = 1.

Stelkroppsmekanik partiklar med fixa positioner relativt varandra

Räkning med potensserier

Höftledsdysplasi hos dansk-svensk gårdshund - Exempel på tavlan

Repetion. Jonas Björnsson. 1. Lyft ut den/de intressanta kopp/kropparna från den verkliga världen

Tenta i MVE025/MVE295, Komplex (matematisk) analys, F2 och TM2/Kf2

Föreläsning 2: Punktskattningar

Lycka till! I(X i t) 1 om A 0 annars I(A) =

Tentamen i Statistik, STA A13 Deltentamen 2, 5p 5 juni 2004, kl

4. Uppgifter från gamla tentor (inte ett officiellt urval) 6

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik Sammanfattning, del I

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

Konsoliderad version av. Styrelsens för ackreditering och teknisk kontroll föreskrifter (STAFS 1993:18) om EEG-märkning av färdigförpackade varor

Borel-Cantellis sats och stora talens lag

Lösningar till tentamensskrivning i kompletteringskurs Linjär Algebra, SF1605, den 10 januari 2011,kl m(m + 1) =

Funktionsteori Datorlaboration 1

TENTAMEN I MATEMATISK STATISTIK

Föreläsning F3 Patrik Eriksson 2000

Introduktion till statistik för statsvetare

Uppgift 3. (1p) Beräkna volymen av pyramiden vars hörn är A=(2,2,2), B=(2,3,4), C=(3,3,3) och D=(3,4,9).

x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 HL Z x x x

Tentamen i SG1140 Mekanik II. Problemtentamen

LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER AV HÖGRE ORDNINGEN

Om komplexa tal och funktioner

Tentamen i SG1140 Mekanik II för M, I. Problemtentamen

Stort massflöde Liten volym och vikt Hög verkningsgrad. Utföranden Kolv (7) Skruv (4) Ving (4) Roots (1,5) Radial (2-4) Axial (1,3) Diagonal.

Digital signalbehandling Fönsterfunktioner

Minsta kvadrat-metoden, MK. Maximum likelihood-metoden, ML. Medelfel. E(X i ) = µ i (θ) MK-skattningen av θ fås genom att minimera

Lösning till tentamen för kursen Log-linjära statistiska modeller 29 maj 2007

a) Beräkna E (W ). (2 p)

LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 14. Kroppen har en rotationshastighet. Kulan P beskriver en cirkelrörelse. För ren rotation gäller

Kompletterande kurslitteratur om serier

Inledande matematisk analys. 1. Utred med bevis vilket eller vilka av följande påståenden är sana:

Fourierserien. fortsättning. Ortogonalitetsrelationerna och Parsevals formel. f HtL g HtL t, där T W ã 2 p, PARSEVALS FORMEL

Tentamen SF1633, Differentialekvationer I, den 22 oktober 2018 kl

. Mängden av alla möjliga tillstånd E k kallas tillståndsrummet.

1. (a) Eftersom X och Y har samma fördelning så har de även samma väntevärde och standardavvikelse. E(X 2 ) = k

Leica Lino. Noggranna, självavvägande punkt- och linjelasers

Föreläsning G04: Surveymetodik

Armin Halilovic: EXTRA ÖVNINGAR

Tentamen i Statistik STG A01 (12 hp) 5 mars 2010, kl

Härled utgående från hastighetssambandet för en stel kropp, d.v.s. v B = v A + ω AB

Ekvationen (ekv1) kan bl. annat beskriva värmeledningen i en tunn stav där u( x, betecknar temperaturen i punkten x vid tiden t.

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik I

TENTAMEN Datum: 16 okt 09

LÖSNINGAR TILL. Räkningar: (z i z) 2 = , Δ = z = 1 n. n 1. Konfidensintervall:

Andra ordningens lineära differensekvationer

Tentamen i SG1140 Mekanik II för M, I. Problemtentamen

Vid mer än 30 frihetsgrader approximeras t-fördelningen med N(0; 1). Konfidensintervallet blir då

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna 1-6, 29/10-8/11, = m n

a utsöndring b upptagning c matspjälkning d cirkulation

Armin Halilovic: EXTRA ÖVNINGAR. ) De Moivres formel ==================================================== 2 = 1

7 Sjunde lektionen. 7.1 Digitala filter

Induktion och Binomialsatsen. Vi fortsätter att visa hur matematiska påståenden bevisas med induktion.

NEWTON-RAPHSONS METOD (en metod för numerisk lösning av ekvationer)

Tentamen i matematisk statistik, Statistisk Kvalitetsstyrning, MSN320/TMS070 Lördag , klockan Lärare: Jan Rohlén

REGULJÄRA SPRÅK (8p + 6p) 1. DFA och reguljära uttryck (6 p) Problem. För följande NFA över alfabetet {0,1}:

1. Rita följande tidssekvenser. 2. Givet tidssekvensen x n i nedanstående figur. Rita följande tidssekvenser.

GÖTEBORGS UNIVERSITET Institutionen för fysik LÖSNINGAR TILL TENTAMEN I MEKANIK B För FYP100, Fysikprogrammet termin 2

Egna funktioner. Vad är sin? sin är namnet på en av många inbyggda funktioner i Ada (och den återfinns i paketet Ada.Numerics.Elementary_Functions)

Sida 1 av 12. vara ett inkonsistent system (= olösbart system dvs. ett system som saknar lösning). b =.

Introduktion till Biomekanik, Dynamik - kinetik VT 2006

Induktion LCB Rekursion och induktion; enkla fall. Ersätter Grimaldi 4.1

TENTAMEN I MATEMATIK MED MATEMATISK STATISTIK HF1004 TEN kl

Tentamen 19 mars, 8:00 12:00, Q22, Q26

SANNOLIKHETER. Exempel. ( Tärningskast) Vi har sex möjliga utfall 1, 2, 3, 4, 5 och 6. Därför är utfallsrummet Ω = {1, 2, 3, 4, 5,6}.

Transkript:

Pla rörelse Kiematik vid rotatio av stela kroppar Iledade kiematik för stela kroppar. För de två lijera, 1 och, i figure bredvid gäller att deras vikelpositioer, θ 1 och θ, kopplas ihop av ekvatioe Θ = Θ1 + β Eftersom vikel β är kostat (lijera ligger på e stel kropp) får vi vikelhastighets- och vikelacceleratiossambade Θ & Θ & = & = & Θ 1 Θ 1 Och då lijera 1 och är helt goyckliga visar dessa ekla sambad att varje del av e stel kropp roterar med samma vikelhastighet Θ & = ω och har samma vikelacceleratio Θ & = α. Observera att rotatioscetrum för kroppe ite behöver ligga i lijeras skärigspukt, sambade gäller ädå! Vid rotatio krig e axel gäller som förut s = Θr där s är båglägd, r är radie och Θ är vikel. v = rω där v är lijära hastighete, r är radie och ω är vikelhastighet [rad/s]. Adra valiga mått på rotatioshastighete är t.ex. varvtalet [varv/mi]. rα a = Där a är lijära acceleratioe, r är radie och α är vikelacceleratioe [rad/s ]. P. Carlsso 1

För allmä, pla rörelse gäller (blad aat) följade E allmä, pla rörelse (dvs. e rörelse som bara försiggår i ett pla) ka ses som sammasatt av e re traslatio och e rotatio rut e fix axel. I figure ova har kroppe e goycklig pla rörelse som visas i till väster ( va vb ). Dea rörelse ka beskrivas som summa av de rea traslatioe i mittefigure och de rea rotatioe krig e fix axel i figure till höger (motsvarade sambad gäller äve för e kropps acceleratio). P. Carlsso

Exempel 1 Storleke på de absoluta hastighete av pukt A på ett persobilsdäck är v A = 1 m/s då pukt A är i de positio som visas i figure. Vilke hastighet v 0 har bile i samma ögoblick och hur stor vikelhastighet ω har däcket om det rullar uta att slira? Svar: v 0 = 8,49 m/s, ω = 6,1 rad/s Fotografi av ett rullade däck P. Carlsso 3

Lage för tygdpuktes rörelse Vi studerar ett goyckligt partikelsystem beståede av N partiklar (t.ex. e valig kropp sammasatt av små partiklar). Partiklara umreras 1,, 3, N, deras sammalagda massa är m och F i, F j är yttre krafter. För partikelsystemet gäller följade, mycket ekla rörelseekvatio F = ma vilket kallas lage för tygdpuktes rörelse som säger att: Partikelsystemets tygdpukt rör sig på samma sätt som e täkt partikel med samma massa som hela systemet påverkad av samma yttre krafter. P. Carlsso 4

Kraftlage vid kroklijig rörelse Här, liksom i kiematike, uderlättas problemlösige ofta om vi håller oss till de aturliga - och t-riktigara (ormal- och tagetialriktigara). Om t.ex. r är krökigsradie för kurva vid pukt B ser kraftekvatioera ut på följade sätt för e partikel med massa m i det läget: F F t = ma t = ma = mr & ω v = m r = mrω där v är partikels hastighet i B och ω är dess vikelhastighet rut de täkta cirkels cetrum. Det går alltså åt e kraft F för att partikel ska följa kurvas krökig vid exempelvis B! Uttrycke ova gäller äve för e kropp som roterar krig e fix axel. Ekvatioera har samma utseede, me här är de aktuella radie avstådet mella rotatiosaxel och kroppes tygdpukt, r. Ekvatioera får då utseedet ( a s = a t ) F F t = ma t = ma = mr & ω v = m r = mrω P. Carlsso 5

Mometekvatioe För allmä, pla rörelse ka kraftbilder och rörelsetillståd illustreras eligt figure eda För rörelse rut axel geom tygdpukte G gäller för figure ova M G = I G α vilket utgör de viktiga mometlage som är motsvarighete till Newtos adra lag, ΣF = ma G, vid roterade rörelse. I G = I, dvs. masströghetsmomet för e axel geom kroppes tygdpukt. Dessutom gäller, som tidigare, Newtos :a lag, de så kallade kraftlage F = ma = G ma Ekvatioe delas lämplige upp i kompoeter i tagetial- och ormalriktige F F t = ma t = ma = mr & ω v = m r = mrω P. Carlsso 6

Newtos adra lag kopplar ihop acceleratioer och krafter vid lijär rörelse meda mometekvatioe kopplar ihop momet och vikelacceleratioer vid roterade rörelse. Observera att båda falle ka förekomma samtidigt, de ea lage utesluter ite på ågot sätt att de adra också gäller! I de här forme gäller mometlage bara rut tygdpukte eller rut e fix rotatiosaxel (för adra axlar tillkommer fler termer i mometekvatioes högerled). Masströghetsmomete får förstås olika värde om ite rotatiosaxel råkar gå geom tygdpukte! Förflyttigssatse för masströghetsmomet Steiers sats Hur gör ma om ma söker värde för masströghetsmometet I för e aa axel ä de som fis i formelsamlige? Uta bevis meddelas här att masströghetsmometet I för e aa axel ä e som går geom kroppes tygdpukt fås ur sambadet I = I + md där I är masströghetsmometet för de ya axel, I är masströghetsmometet för e parallell axel geom tygdpukte m är kroppes massa och d är det vikelräta avstådet mella de båda, parallella axlara. Ur formel ova ka ma dra slutsatse att masströghetsmometet har sitt lägsta värde i axlar som passerar tygdpukte (m och d har alltid positiva värde). P. Carlsso 7

Exempel Ekelt exempel på tygdpuktes rörelse för ett partikelsystem, beståede av edast två partiklar I figure ova utsätts de stelt förbuda partiklara m 1 och m för krafte F. Tygdpuktes läge beteckas med CM (Ceter of Mass). Hur rör sig partikelsystemet i de olika falle (dvs. vilka acceleratioer uppträder i de olika falle)? P. Carlsso 8

Eergilage vid samtidig traslatio och rotatio För t.ex. ett rullade hjul, som både rör sig framåt och roterar, sätts de kietiska eergi ihop av två kompoeter eligt T = T Traslatio + T Rotatio där T T Traslatio Rotatio 1 = mv 1 = Iω 0 med figures beteckigar. Vi får alltså 1 T = mv0 + 1 Iω Observera att de hastighet som räkas i T Traslatio är tygdpuktes hastighet v och att masströghetsmometet I i uttrycket för T Rotatio ska vara det masströghetsmomet som hör till e axel geom tygdpukte. I de fall där rotatio sker krig e fix axel z faller förstås T Traslatio bort i uttrycket för de kietiska eergi och I ersätts med masströghetsmometet krig aktuell rotatiosaxel z: T = I Z 1 ω. Arbetet för att t.ex. lyfta e kropp i tygdkraftsfältet, ära jordyta, bestäms av hur stor sträcka h tygdpukte flyttar sig: W = mgh P. Carlsso 9

Med dessa modifierigar av uttrycket för kietiska eergi (rörelseeergi) och arbetet gäller eergilage som förut, dvs. När e kropp förflyttas frå ett läge till ett aat, så är ädrige i de kietiska eergi lika med det arbete som har uträttats av samtliga krafter på kroppe. T + = 1 W1 T Exempel 3 E solid, homoge cylider släpps frå vila på ett sluttade pla. Om Θ = 40 o, μ s = 0,30, μ k = 0,0 bestäm acceleratioe för masscetrum G och storleke på de friktioskraft F μ som fis mella pla och cylider. Svar: a = 4,0 m/s, F μ = 7,57 N P. Carlsso 10

Något om deriverigar och tidsderivator Beteckigar för viklars tidsderivator Vikel Θ = Θ(t) Vikelhastighet dθ = Θ & = ω Vikelacceleratio d Θ = Θ && = α = dθ& = & ω Sammasatta derivator, kedjeregel Om x = x(u) och u = u(t) gäller dx = x u du Exempel: x = si Θ där Θ = Θ(t) dx y = cos Θ, dy? y = ta Θ, dy? si Θ dθ = = cos Θ Θ & = ω cos Θ Θ Exempel 4 Udersök hastigheter och acceleratioer i ett lämpligt koordiatsystem för slägga, sedd rakt uppifrå. Jämför med de tidigare härledda uttrycke för hastigheter och acceleratioer. P. Carlsso 11

Exempel 5 Ea äda av e balk AB med lägde l = m är fäst vid e krage som glider utefter e lodrät ståg samtidigt som de adra äda glider på ett glatt, horisotellt uderlag eligt figur. Vid det tillfälle som visas i figure är vikel Θ = 30 o samtidigt som krage vid A glider edåt med de kostata hastighete v A = 0,4 m/s. Beräka: a) Hastighete v B och vikelhastighete ω AB b) Acceleratioe a B och vikelacceleratioe α AB Svar: v A a) ω AB = Θ & = = 0,4 rad / s l si Θ va vb = = 0,693 m/ s taθ Θ& v A b) Θ && = = = 0,97 rad / s taθ l taθsi Θ a B = lθ& cosθ lθ& si Θ = 0,640 rad / s P. Carlsso 1

Exempel 6 E homoge, slak balk AB har massa 8 kg och rör sig i ett vertikalpla krig upphägige vid A. Om vikelhastighete Θ & = rad/s då o Θ = 30, beräka hur stor de resulterade krafte R A är i det läget. Svar: R A = 56,3 N Exempel 7 E jämtjock, 0 kg:s balk är lagrad vid O och sväger friktiosfritt i vertikalplaet. Om balke släpps frå vila i horisotellt läge, beräka de resulterade krafte i lagrige, alldeles efter det att balke släppts. Svar: R O = 49,0 N P. Carlsso 13