LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 4

Relevanta dokument
LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 4

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

9.1 Kinetik Rotation kring fix axel Ledningar

9.2 Kinetik Allmän plan rörelse Ledningar

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

Tillämpad biomekanik, 5 poäng Övningsuppgifter

Stela kroppens plana rörelse; kinetik

Mekanik F, del 2 (FFM521)

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

= v! p + r! p = r! p, ty v och p är dt parallella. Definiera som en ny storhet: Rörelsemängdsmoment: H O

Tentamensskrivning i Mekanik, Del 2 Dynamik för M, Lösningsförslag

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

Stelkroppsmekanik partiklar med fixa positioner relativt varandra

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

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

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

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

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

Kapitel extra Tröghetsmoment

Tentamen i SG1140 Mekanik II för M, I. Problemtentamen

Repetition Mekanik, grundkurs

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

" e n och Newtons 2:a lag

Tentamen i SG1140 Mekanik II. Problemtentamen

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

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

6.3 Partikelns kinetik - Härledda lagar Ledningar

Tentamen i SG1140 Mekanik II för M, I. Problemtentamen

Biomekanik, 5 poäng Jämviktslära

undanträngda luften vilket motsvarar Flyft kraft skall först användas för att lyfta samma volym helium samt ballongens tyngd.

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

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

Mekanik Föreläsning 8

FÖRBEREDELSER INFÖR DELTENTAMEN OCH TENTAMEN

SG1108 Tillämpad fysik, mekanik för ME1 (7,5 hp)

Tentamensskrivning i Mekanik - Dynamik, för M.

Mekanik FK2002m. Repetition

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

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

" = 1 M. ( ) = 1 M dmr. KOMIHÅG 6: Masscentrum: --3 partiklar: r G. = ( x G. ,y G M --Kontinuum: ,z G. r G.

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

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

.4-6, 8, , 12.10, 13} Kinematik Kinetik Kraftmoment Vektorbeskrivning Planetrörelse

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN. Problemtentamen

Möjliga lösningar till tentamen , TFYY97

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

LÖSNINGAR TENTAMEN MEKANIK II 1FA102

Om den lagen (N2) är sann så är det också sant att: r " p = r " F (1)

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

KUNGL TEKNISKA HÖGSKOLAN INSTITUTIONEN FÖR MEKANIK Richard Hsieh, Karl-Erik Thylwe

" e n Föreläsning 3: Typiska partikelrörelser och accelerationsriktningar

Uppgift 3.5. Vi har att: a = dv dt enligt definitionen. Med vårt uttryck blir detta: dt = kv2. Vi separerar variablerna: v 2 = kdt

Inlupp 3 utgörs av i Bedford-Fowler med obetydligt ändrade data. B

Lösningsförslat ordinarie tentamen i Mekanik 2 (FFM521)

Föreläsning 5: Acceleration och tidsderivering (kap ) . Sambandet mellan olika punkters hastigheter i en stel kropp: v A

Tentamensskrivning i Mekanik (FMEA30) Del 2 Dynamik

Tentamen i Mekanik 5C1107, baskurs S2. Problemtentamen

2.2 Tvådimensionella jämviktsproblem Ledningar

Var ligger tyngdkrafternas enkraftsresultant? Totala tyngdkraftmomentet (mätt i origo) för kropp bestående av partiklar: M O. # m j.

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

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

Tentamen i Mekanik I SG1130, baskurs P1 och M1. Problemtentamen OBS: Inga hjälpmede förutom rit- och skrivdon får användas!

Ordinarie tentamen i Mekanik 2 (FFM521)

Andra EP-laborationen

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

6.2 Partikelns kinetik - Tillämpningar Ledningar

Omtentamen i Mekanik I SG1130, grundkurs för CMATD och CL. Problemtentamen

Arbete och effekt vid rotation

Mer Friktion jämviktsvillkor

Tentamen i SG1140 Mekanik II, Inga hjälpmedel. Lycka till! Problem

KOMIHÅG 3: Kraft är en vektor med angreppspunkt och verkningslinje. Kraftmoment: M P. = r PA

SG1140, Mekanik del II, för P2 och CL3MAFY. Omtentamen

Föreläsningar i Mekanik (FMEA30) Del 2: Dynamik. Läsvecka 4

LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 13. Systemets masscentrum G ligger hela tiden vid axeln. Kraftekvationen för hela systemet:

SG1140, Mekanik del II, för P2 och CL3MAFY

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

LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 2 OBS! En fullständig lösning måste innehålla en figur!

Introduktion till Biomekanik - Statik VT 2006

Biomekanik, 5 poäng Introduktion -Kraftbegreppet. Mekaniken är en grundläggande del av fysiken ingenjörsvetenskapen

Stela kroppars rörelse i ett plan Ulf Torkelsson

Tentamensskrivning i Mekanik, Del 2 Dynamik för M, Lösningsförslag

Tentamen Mekanik MI, TMMI39, Ten 1

Tentamen i Mekanik SG1130, baskurs P1 m fl. Problemtentamen OBS: Inga hjälpmedel förutom rit- och skrivdon får användas!

Lösningar/svar till tentamen i MTM119 Hydromekanik Datum:

Obs: Använd vektorstreck för att beteckna vektorstorheter. Motivera införda ekvationer!

Introhäfte Fysik II. för. Teknisk bastermin ht 2018

UPPSALA UNIVERSITET Inst. för fysik och astronomi Mattias Klintenberg, Allan Hallgren, Staffan Yngve, Arnaud Ferrari, Glenn Wouda och Lennart Selander

Laboration 2 Mekanik baskurs

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

Tentamen i Mekanik - Partikeldynamik TMME08

VSMA01 - Mekanik ERIK SERRANO

Tentamen i Mekanik SG1130, baskurs P1. Problemtentamen

Föreläsning 2,dynamik. Partikeldynamik handlar om hur krafter påverkar partiklar.

Tentamen i Mekanik II

Introduktion till Biomekanik - Statik VT 2006

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Tentamen i Mekanik SG1107, baskurs S2. Problemtentamen

UPPSALA UNIVERSITET Inst. för fysik och astronomi Mattias Klintenberg, Allan Hallgren, Staffan Yngve, Rikard Enberg, Glenn Wouda TENTAMEN

. Bestäm för denna studs stöttalet e! Lösning: Energiprincipen för bollens fall ner mot underlaget ger omedelbart före stöt:

Transkript:

LEDNINAR TILL PROBLEM I KAPITEL 4 LP 4.3 Tyngdkraften, normalkraften och friktionskraften verkar på lådan. Antag att normalkraftens angreppspunkt är på avståndet x från lådans nedre vänstra hörn. Kraftekvationen F = ma och momentekvationen M = H i komponentform ger : f = ma : N mg = 0 () : h f N b x = 0 (3) Lådan har ju ingen vinkelacceleration. ätt in och () i (3)! ma h mg b x = 0 x = b ha g ränsfall glidning f = µ N a= µ g ränsfall balans x = 0 a = b h g

LP 4.4 De yttre krafterna på skottkärran är tyngdkraften mg, kraften P samt normalkraften N vid hjulet. Problemtexten kan kanske ge intrycket av att kraften P är given. Tanken är att den ska bestämmas, så att skottkärran utan rotation får accelerationen a. Kraftekvationen F = ma : Pcosθ = ma : Psinθ mg+ N = 0 () Momentekvationen med avseende på masscentrum M = H : Nc Psinθ b Pcosθ ( d h)= I 0 (3) Högerledet i ekv (3) är noll eftersom skottkärrans vinkelacceleration är noll. Lös nu ut Pcosθ och Psinθ ur ekv och () och sätt in i ekv (3)! = 0 Nc mg N b ma d N( b + c)= ma( d h)+ mgb N = ma( d h)+ mgb b+ c [ ] Nu när normalkraften är känd kan vinkeln θ bestämmas ur ekv och (). Psinθ Pcosθ = mg N ma tanθ = tanθ = g ad ( h)+ gb b + c a gc a( d h) ab+ c [ ] --------------------------------------------------------------------------------------- Alternativ lösning: Momentekvationen med avseende på en rörlig punkt A skrivs allmänt M = H + r ma A A I detta fall fås normalkraften direkt ur ekvationen A : N( b + c) mgb = I 0 + ( d h) ma täll nu upp momentekvationen med avseende på punkten C, som är skärningspunkt mellan verkningslinjerna för krafterna P och N. C : mgc = I 0 + [( d h)+ ( b + c) tanθ] ma Ekvationen ger direkt vinkeln θ.

LP 4.8 Förutom tyngdkraften mg finns det en kontaktkraft vid P. nabbaste lösningen ges av momentekvationen M = H + r ma P : P Prel P P + mg b mb h = h θ ma 3 ätt a = g/3! h b mb h mg = + 6 3 θ θ = ( h 3b) g b + h Testa också en lösning med kraftekvationen F = ma och momentekvationen M = H! ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- LP 4.5 Kontaktpunkten är momentancentrum så att om punkten O har hastigheten v, så har kroppen vinkelhastigheten ω = vr / och stången hastigheten 3 7 R+ R ω = v 4 4 Rörelsemängdsmomentet är i detta ögonblick H = H + H tot cyl stång O O O O är cylinderns masscentrum, som kan kallas : H = H = H cyl cyl cyl O rel Det är alltså bara cylinderns rotation som bidrar till rörelsemängdsmomentet. I mr v mrv R cyl cyl ( H O ) z = O ω = = 3R m 4 7v 4 stång ( H O ) = = z mrv 3 tot ( H O ) z = 37 mrv 3 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------

LP 4. De yttre krafterna på rullen är trådkraften c, tyngdkraften mg samt en reaktionskraft vid axeln. Dessutom verkar friktionen vid axeln som motsvaras av kraftparsmomentet M. På den hängande kroppen verkar trådkraften och tyngdkraften mg. Momentekvationen för trådrullen med avseende på centrum O, som är en fix punkt M O = H O O : r M I = θ Kraftekvationen för den hängande kroppen F = ma : mg = mx () De obekanta är, x och θ. Vi behöver alltså en till ekvation. Den ges av kinematiken och motsvaras av rullningsvillkoret. Den hängande kroppens hastighet måste vara densamma som hastigheten i den punkt på rullen där tråden löper ut. x = rθ x = r θ (3) Dividera ekv med r och addera sedan ekv och ()! Inför också det givna tröghetsmomentet I = md! M md mg = θ + mx r r Om rullningsvillkoret insättes fås M md mg = + m x r r x mgr Mr = mr + md Denna acceleration är konstant. Vi kan bestämma hastighet som funktion av fallsträcka på samma sätt som vi gör för fritt fall. ------------------------------------------------------------------------------------------------------ Det är naturligtvis också möjligt att skriva upp momentekvationen med avseende på den fixa axeln för hela systemet. Då blir trådkraften en inre kraft och den hängande kroppen bidrar till rörelsemängdsmomentet: d O : mgr M t I rm x = ( θ + ) d Ekvationen överensstämmer med ekv!

LP 4.3 mg f N r P R Frilägg trådrullen! Verkande krafter är dragkraften P, tyngdkraften mg och kontaktkraftens komponenter f och N. Men åt vilket håll är friktionskraften riktad? Antag först att planet är glatt. Om verkningslinjen för P då går nära masscentrum skulle trådrullen få en translation. Med friktion skulle då friktionskraften vara riktad åt vänster. Om verkningslinjen för P i stället går högt upp skulle trådrullen på ett glatt plan få en rotationsrörelse och vinkelhastigheten skulle kunna bli för stor jämfört med rullning utan glidning. Trådrullens kontaktpunkt skulle få en hastighet åt vänster. Friktionskraften skulle då vara riktad åt höger. Vi antar rullning utan glidning och bestämmer f med dynamikens ekvationer Antag en friktionskraft åt vänster. täll upp komponenterna av kraftekvationen och momentekvationen: F = ma : P f = mx : N mg = 0 () M = H : r P+ R f = I θ (3) Rullningsvillkor: x = R θ Tröghetsmomentet är I = md. Dragkraften P är given. ätt in ekv i ekv. Multiplicera ekv med d / R och addera sedan ekvationerna och (3). Man får: Resultatet är P r d R + f R+ d R d Rr f = R + d P = 0 Friktionskraften f kan alltså bli negativ och då är den riktad åt höger.

LP 4.5 45 A a A O b e x e y b Kroppen påverkas av trådkraften och tyngdkraften mg. I det första ögonblicket efter trådbrottet har kroppen acceleration men ingen hastighet. Hörnet A startar en cirkelrörelse och har en acceleration i y-riktningen. Punkten har en acceleration som ges av sambandsformeln, alltså samma acceleration som punkten A i y-riktningen och dessutom en acceleration i x-riktningen för att skivan börjar vrida sig. a x mg a y kivans vinkelacceleration bestäms av momentekvationen. Trådkraften kan sedan bestämmas med kraftekvationen. Om skivans vinkelacceleration antas b vara α, så är a = x α Tröghetsmomentet med avseende på A fås med teiners sats: I I m b mb m b mb A = + = + = 6 3 F = ma e : + mg = x ma x M Ekv (3) ger : = H A : mg b mb a x = 3 b/ a x = 3g 4 () (3) Ekv () ger : mg 3 = m g 4 Resultatet är mg = 4

LP 4.30 De yttre krafterna på hjulet är tyngdkraften mg, friktionskraften f, normalkraften N samt en kraft vid axeln från stången. Vi antar att denna kraft är horisontell. Då är normalkraften lika med tyngdkraften och friktionskraften är vid glidning f = µ N f = µ mg Momentekvationen för hjulet med avseende på masscentrum, M = H : f r = I θ () Från början är vinkelhastigheten noll. Hjulet slirar men har en vinkelacceleration ända tills det rullar utan att glida. Vinkelhastigheten ökar under denna tid från noll till det värde som ges av rullningsvillkoret: v = rθ (3) Tidsintegrering av ekvation () under det tidsintervall i vilket hjulet slirar ger µ mgr t = I θ 0 Men bilen går med konstant hastighet under denna tid. Förflyttningen för den och för hjulet är ätt nu in (3) och (5) i! d = vt (5) µmgr d v = I v r µ = Iv mgdr

LP 4.78 Betrakta det första läget! Masscentrum bestäms först. Låt origo ligga i hjulets centrum! Inför en vertikal y-axel! y m 0 m 0 m r/ r 4m 8 = + + = Tröghetsmomentet bestäms med teiners sats. Låt A vara kontaktpunkten! mr I = O mr + = 3 mr () 3 I = mr m r 3 4 = mr 8 6 I I m r 9 3 8 A = + 4 = mr + mr = 7mr 8 6 6 a) Kinetiska energin 7 T = IAωA = mr ω A (5) b). Låt B vara den nya kontaktpunkten! (3) 65 96 IB = I + 4m r = mr 64 6 (6) Kinetiska energin T = IBωB = 3mr ωb

LP 4.00 Kraftmomentet och tyngdkraften gör arbeten så att den kinetiska energin ökar. Lagen om arbetet U = T T 0 ger M mg b π π θ θ + mb θ 4 4 = sin sin 3 Mθ mg b θ θ mb + θ sin cos = 3 3 θ = θ ( sinθ + cosθ ) M mg b mb

LP 4.40 A För stöten gäller stötimpulslagen = mv mv e f b ω v och stötimpulsmomentlagen r = H e H f b/3 B Index e och f står för efter och före stöt. Komponentekvationerna blir : = mv : b m b = 3 ω () Alltså är v = m (3) ω = mb ambandsformeln för hastigheter ger nu hastigheten i A Komponentekvationen blir v = v + ω r (5) A A v A = m b mb (6) Resultatet är v = A m Hastigheten för A är m och den är riktad åt vänster

LP 4.43 ω 0 β 0 ω v β För stöten gäller stötimpulslagen = mv mv e och stötimpulsmomentlagen f v 0 V r = H e H f H Index e och f står för efter och före stöt. Komponentekvationerna blir : V = mvsin β mv0sin β0 : H = mvcosβ mv0cosβ0 () : R H = Iω Iω 0 (3) tudstalet vsin β 0 e = v sin β 0 0 0 Friktionsvillkoret ger = µ (5) H V Ekv och ger = V mv + 0sin β 0 e (6) Då ger ekv (5) = µ H mv β + 0sin 0 e (7) Vi skriver ekv () och ekv en gång till, med utnyttjande av (7): vsin β = ev0sin β0 (8) vcosβ = v cosβ µ v sin β 0 0 0 0 + e (9) Division ger eller esin β0 tan β = cosβ µ sin β + e 0 0 e tan β0 tan β = µ tan β + e 0 tan β 0 om µ tan β 0 ( + e)