Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)



Relevanta dokument
Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Övningar för finalister i Wallenbergs fysikpris

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

Ordinarie tentamen i Mekanik 2 (FFM521)

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Mekanik III, 1FA103. 1juni2015. Lisa Freyhult

Tillåtna hjälpmedel: Physics Handbook, Beta, kalkylator i fickformat, samt en egenhändigt skriven A4-sida med valfritt innehåll.

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

Ordinarie tentamen i Mekanik 2 (FFM521)

6.2 Partikelns kinetik - Tillämpningar Ledningar

Tentamen i SG1140 Mekanik II för M, I. Problemtentamen

Lösningsskiss för tentamen Mekanik F del 2 (FFM521/520)

Enda tillåtna hjälpmedel är papper, penna, linjal och suddgummi. Skrivtid 4 h. OBS: uppgifterna skall inlämnas på separata papper.

Mekanik Föreläsning 8

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

Tentamen i SG1140 Mekanik II för M, I. Problemtentamen

Partiklars rörelser i elektromagnetiska fält

Mekanik F, del 2 (FFM521)

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Andra EP-laborationen

AB2.1: Grundläggande begrepp av vektoranalys

7,5 högskolepoäng. Provmoment: tentamen Ladokkod: TT081A Tentamen ges för: Högskoleingenjörer årskurs 1. Tentamensdatum: Tid:

Tentamen i Optik för F2 (FFY091)

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

Kursens olika delar. Föreläsning 0 (Självstudium): INTRODUKTION

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Mekanik I Newtonsk mekanik beskrivs rörelsen för en partikel under inverkan av en kraft av

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 27 maj, 2013

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Rapport LUTFD2/TFHF-3089/1-16/(2013) Föreläsningsexempel i Teknisk mekanik

9-1 Koordinatsystem och funktioner. Namn:

=v sp. - accelerationssamband, Coriolis teorem. Kraftekvationen För en partikel i A som har accelerationen a abs

Föreläsning 10: Stela kroppens plana dynamik (kap 3.13, 4.1-8) Komihåg 9: e y e z. e z )

7,5 högskolepoäng. Provmoment: tentamen. Tentamen ges för: Högskoleingenjörer årskurs 1. Tentamensdatum: Tid:

Tentamen Mekanik MI, TMMI39, Ten 1

Lösningsförslat ordinarie tentamen i Mekanik 2 (FFM521)

Tentamen i Mekanik II

Elektromagnetiska fält och Maxwells ekavtioner. Mats Persson

Newtons 3:e lag: De par av krafter som uppstår tillsammans är av samma typ, men verkar på olika föremål.

Tentamen i SG1140 Mekanik II. Problemtentamen

a), c), e) och g) är olikheter. Av dem har c) och g) sanningsvärdet 1.

1 Cirkulation och vorticitet

LÖSNINGAR TENTAMEN MEKANIK II 1FA102

Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som ska lämnas in

2. För vilka värden på parametrarna α och β har det linjära systemet. som satisfierar differensekvationen

Tentamen i Mekanik för D, TFYY68

Laboration i Maskinelement

Tenta Elektrisk mätteknik och vågfysik (FFY616)

Stelkroppsmekanik partiklar med fixa positioner relativt varandra

" e n Föreläsning 3: Typiska partikelrörelser och accelerationsriktningar

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

KOMIHÅG 10: Effekt och arbete Effekt- och arbetslag Föreläsning 11: Arbete och lagrad (potentiell) energi

Tentamen i Mekanik - Partikeldynamik TMME08

Rättningstiden är i normalfall tre veckor, annars är det detta datum som gäller:

Tentamensskrivning i Mekanik (FMEA30) Del 2 Dynamik

LABORATIONSHÄFTE NUMERISKA METODER GRUNDKURS 1, 2D1210 LÄSÅRET 03/04. Laboration 3 3. Torsionssvängningar i en drivaxel

university-logo Mekanik Repetition CBGA02, FYGA03, FYGA07 Jens Fjelstad 1 / 11

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

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

Målsättningar Proffesionell kunskap. Kunna hänvisa till lagar och definitioner. Tydlighet och enhetliga beteckningar.

ID-Kod: Program: Svarsformulär för A-delen. [ ] Markera om du lämnat kommentarer på baksidan.

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN. Problemtentamen

Datum: Författare: Olof Karis Hjälpmedel: Physics handbook. Beta Mathematics handbook. Pennor, linjal, miniräknare. Skrivtid: 5 timmar.

Frågorna 1 till 6 ska svaras med sant eller falskt och ger vardera 1

Inlämningsuppgift 1. 1/ Figuren visar ett energischema för Ulla som går uppför en trappa. I detta fall sker en omvandling av energi i Ullas muskler.

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

Exempel. Vi skall bestämma koordinaterna för de punkter som finns i bild 3. OBS! Varje ruta motsvarar 1mm

FÖRBEREDELSER INFÖR DELTENTAMEN OCH TENTAMEN

9.2 Kinetik Allmän plan rörelse Ledningar

Mekanik FK2002m. Kraft och rörelse II

Hanno Essén Lagranges metod för en partikel

Tillämpad biomekanik, 5 poäng Övningsuppgifter

Definitioner: hastighet : v = dr dt = r fart : v = v

Tentamensskrivning i Mekanik - Dynamik, för M.

WALLENBERGS FYSIKPRIS 2014

Kurvlängd och geometri på en sfärisk yta

Övningstenta Svar och anvisningar. Uppgift 1. a) Hastigheten v(t) får vi genom att integrera: v(t) = a(t)dt

Tillåtna hjälpmedel: Physics Handbook, Beta, kalkylator i fickformat, samt en egenhändigt skriven A4- sida med valfritt innehåll.

Kapitel extra Tröghetsmoment

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM232)

m 1 + m 2 v 2 m 1 m 2 v 1 Mekanik mk, SG1102, Problemtentamen , kl KTH Mekanik

Kunna beräkna medelantal kunder för alla köer i ett könät med återkopplingar. I denna övning kallas ett kösystem som ingår i ett könät oftast nod.

1. Stela kroppars mekanik

Beräkningsuppgift I. Rörelseekvationer och kinematiska ekvationer

LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 4

Möjliga lösningar till tentamen , TFYY97

9.1 Kinetik Rotation kring fix axel Ledningar

Lösning. (1b) θ 2 = L R. Utgå nu från. α= d2 θ. dt 2 (2)

K-uppgifter Strukturmekanik/Materialmekanik

Tentamen i Mekanik 5C1107, baskurs S2. Problemtentamen

Målsättningar Proffesionell kunskap om mekanik. Kunna hänvisa till lagar och definitioner. Tydlighet och enhetliga beteckningar.

OBS! Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som skall lämnas in.

Karta över Jorden - viktigt exempel. Sfär i (x, y, z) koordinater Funktionen som beskriver detta ser ut till att vara

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Mekanik SG1108 Mekanikprojekt Dubbelpendel

Krafter i Lisebergbanan och Kaffekoppen

Transkript:

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520) Tid och plats: Lördagen den 1 september 2012 klockan 08.30-12.30 i M. Hjälpmedel: Physics Handbook, Beta, Typgodkänd miniräknare samt en egenhändigt skriven A4 med valfritt innehåll. Examinator: Christian Forssén. Jourhavande lärare: Per Salomonson, 031 772 3231. Betygsgränser: Tentamen består av sex uppgifter. För att bli godkänd krävs minst 10 poäng på uppgifterna 1-4 (inklusive eventuella bonuspoäng). För de som har klarat föregående krav bestäms slutbetyget av poängsumman från uppgifterna 1-6 plus eventuella bonuspoäng från inlämningsuppgifterna enligt följande gränser: 10-18 poäng ger betyg 3, 19-26 poäng ger betyg 4, 27+ poäng ger betyg 5. Rättningsprinciper: Alla svar skall motiveras, införda storheter förklaras liksom val av metoder. Lösningarna förväntas vara välstrukturerade och begripligt presenterade. Erhållna svar skall, om möjligt, analyseras m.a.p. dimension och rimlighet. Skriv och rita tydligt! Vid tentamensrättning gäller följande allmänna principer: För full (4 eller 6) poäng krävs fullständigt korrekt lösning. Mindre fel ger 1-2 poängs avdrag. Gäller även mindre brister i presentationen. Allvarliga fel (t.ex. dimensionsfel eller andra fel som leder till orimliga resultat) ger 3-4 poängs avdrag om orimligheten pekas ut; annars fullt poängavdrag. Allvarliga principiella fel ger fullt poängavdrag. Ofullständiga, men för övrigt korrekta, lösningar kan ge max 2 poäng. Detsamma gäller lösningsförslag vars presentation är omöjlig att följa. Lösningsförslag som är ofullständiga eller innehåller felaktigheter, men där en tydlig lösningsstrategi har presenterats, genererar i allmänhet det lägre av poängavdragen ovan. Lycka till!

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520) 2012-09-01 Obligatorisk del 1. Härled följande: (a) Beräkna tröghetsmomentet med avseende på en axel genom mittpunkten O för en tunn skiva med radie R. Skivan har areadensiteten ρ(r) = ρ 0, där r är avståndet från mittpunkten och a a+r a+r är en konstant med enheten längd. (2p) (b) Beräkna tröghetsmatrisen (i valfritt koordinatsystem) för ett kubiskt skal med avseende på mittpunkten. Sidlängden är a och kubens totala massa är M. Skalet kan betraktas som infinitesimalt tunt. Ledning: Man får utnyttja kända uttryck för tröghetsmoment med avseende på axlar genom masscentrum för en kvadratisk platta med sidlängd a och massa m: Ī x = ma 2 /12, Ī z = ma 2 /6, där x-axeln är parallel med kvadratens sida och z-axeln är vinkelrät mot kvadratens plan. (2p) 2. Bilen B rundar en kurva (krökningsradie R) genom en korsning med konstant fart v B. Samtidigt närmar sig bil A korsningen med konstant hastighet v A (riktning enligt figur). Avståndet mellan bilarna i det givna läget är L. Ange hastighet och acceleration för bil A sedd från en observatör som åker med bil B. Använd koordinatsystemet ξη som är kroppsfixa i bil B. (4p) Fundamental fysik, Chalmers Page 2 Examinator: C. Forssén

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520) 2012-09-01 3. En homogen, tunn stav med massa M vilar på två snabbt roterande hjul, vars axlar är separerade ett avstånd a (se figur). Staven släpps från vila med centrum något förskjutet från mitten. Det horisontella avståndet från hjul 1 till stavens mittpunkt är x 0 i detta begynnelseläge, och x 0 a/2. (a) Hjulen snurrar i motsatta riktningar (se vänster figurpanel) och den kinetiska friktionskoefficienten mellan hjul och stav är µ. Teckna en rörelseekvation för staven med rörelsevariablen x(t), avståndet från hjul 1 till centrum på staven. Lös denna rörelseekvation. (4p) (b) Antag nu att rotationsrktningarna på de två hjulen är omvända (se höger figurpanel). Teckna och lös rörelseekvationen med samma begynnelsevillkor som i uppgift (a). (2p) 4. En boll med radie r rullar ner för ytan på en fix sfär med radie R, där R r. Friktionen mellan boll och sfär gör att bollen rullar utan att glida. Bollen har ett tröghetsmoment I = βmr 2 med avseende på en axel genom dess mittpunkt. Vid vilken punkt kommer bollen att lämna ytan (bollens rörelse startar från stillastående från toppen av sfären)? (6p) Fundamental fysik, Chalmers Page 3 Examinator: C. Forssén

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520) 2012-09-01 Överbetygsuppgifter 5. En homogen skiva (massa m och radie r) är monterad på en vertikal axel med en vinkel α mellan skivans plan och rotationsplanet (se figur). (a) Ge ett uttryck för skivans rörelsemängdsmoment m.a.p. punkten O. (4p) (b) Beräkna vinkeln mellan den vertikala axeln och rörelsemängdsmomentsvektorn då α = 45 o. (2p) 6. Betrakta storheten E ( N i=1 ) L q i L, q i där L = L(q, q, t) är Lagrangianen för ett system med N frihetsgrader och q i, q i är generaliserade koordinater och hastigheter. (a) Ovanstående storhet motsvarar (i de flesta fall) ett systems totala mekaniska energi. Visa explicit att detta påstående är sant för en partikel i rummet som beskrivs med cartesiska koordinater xyz och en allmän potentiell energi V (x, y, z). (2p) (b) Visa nu att Lagranges ekvationer ger att E (enligt definitionen ovan) är en konserverad storhet om Lagrangianen ej har något explicit tidsberoende (dvs L/ t = 0). (4p) Fundamental fysik, Chalmers Page 4 Examinator: C. Forssén

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520) Tid och plats: Lösningsskiss: Lördagen den 1 september 2012 klockan 08.30-12.30 i M. Christian Forssén Denna lösningsskiss innehåller inga kompletta lösningar utan enbart svar, ledtrådar, och möjliga lösningsstrategier. Obligatorisk del [ 1 4 1. (a) I O = 2πR 2 ρ 0 a + 1 1+a/R R 5] R 2. Notera att gränsvärdet då R a går mot det kända tröghetsmomentet för en homogen skiva: I O = (2πR 2 ρ 0 ) R2. 4 (b) Välj förslagsvis ett kartesiskt koordinatsystem i vilket koordinataxlarna passerar vinkelrät genom kubens sidor. Använd symmetriargument för att visa att tröghetsmatrisen blir diagonal med identiska huvudtröghetsmoment. Med hjälp av Steiners sats räknar man ut att I O = Ma 2 5 1 0 0 0 1 0 18 0 0 1 2. Den sökta relativa hastigheten och accelerationen blir ( v rel = v A ˆξ vb 1 L ) ˆη R [( a rel = v2 B 1 L ) ˆξ + 2v ] A ˆη R R v B 3. (a) Rörelseekvationen blir Mẍ = µmg (a 2x). a Med omdefinitionen ξ = 2x a blir detta ξ + 2µg a ξ = 0. Lösningen för givna begynnelsevillkor blir x(t) = ( x 0 a ) cos(ωt) + a 2µg 2 2, med ω = a.

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520) 2012-05-21 (b) Med omvända rotationsriktningar kommer de två termerna i rörelseekvationen ovan att få motsatt tecken. Detta betyder att rörelsen inte längre kommer att vara oscillerande ( x(t) = x 0 a ) cosh(ωt) + a 2 2. 4. Lösningsstrategi (a) Teckna rörelseekvationen i normalled. (b) Bollens fart och rotationshastighet är relaterade eftersom bollen rullar mot ytan. Använd därför energikonservering för att finna ett uttryck för bollens fart. (c) Sök läget då normalkraften blir noll. Svar: cos θ = 2 3+β. Överbetygsuppgifter 5. Lösningsstrategi (a) Teckna skivans rotationsvektor samt tröghetsmatris i ett kroppsfixt koordinatsystem (b) Teckna ett samband mellan dessa kroppsfixa axlar och det rumsfixa koordinatsystemet xyz. (c) Den sökta vinkeln fås genom skalärprodukten cos β = L O L O ẑ. (a) Rörelsemängdsmomenten uttryckt i det kroppsfixa koordinatsystemet L O = 1 4 mr2 ω [ ( sin α cos α)ˆx + (sin 2 α + 2 cos 2 α)ẑ ] ( ) 3 (b) Vinkeln β = arccos 10 18 o. 6. Se tentamen 2009-05-26 Fundamental fysik, Chalmers Page 2 Examinator: C. Forssén