Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN m fl. Problemtentamen OBS: Inga hjälpmedel förutom rit- och skrivdon får användas!

Relevanta dokument
Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN. Problemtentamen

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN. Problemtentamen

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN. Problemtentamen

Tentamen i Mekanik SG1130, baskurs P1. Problemtentamen

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

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

Problemtentamen. = (3,4,5)P, r 1. = (0,2,1)a F 2. = (0,0,0)a F 3. = (2,"3,4)P, r 2

KOMIHÅG 12: Ekvation för fri dämpad svängning: x + 2"# n

Tentamen i Mekanik SG1107, baskurs S2. Problemtentamen

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

Tentamen i Mekanik SG1130, baskurs. Problemtentamen

Tentamen i Mekanik 5C1107, baskurs S2. Problemtentamen

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

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

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

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

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

Föreläsning 17: Jämviktsläge för flexibla system

Tentamen i Mekanik SG1107, baskurs S2. Problemtentamen

KOMIHÅG 18: Ekvation för fri dämpad svängning: x + 2"# n. x j,

Tentamen i SG1140 Mekanik II. Problemtentamen

Tentamen i Mekanik 5C1107, baskurs S2. Problemtentamen

Tentamen i SG1140 Mekanik II för M, I. Problemtentamen

Tentamen i Mekanik SG1130, baskurs P1. Problemtentamen

ALTERNATIVA KOORDINATSYSTEM -Cylindriska koordinatsystem. De polära koordinaterna r och " kan beskriva rörelsen i ett xyplan,

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

" e n och Newtons 2:a lag

Solsystemet: Solen, Merkurius, Venus, Jorden, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, (Pluto) Solens massa är ca gånger jordmassan

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

Kursens olika delar. Föreläsning 0 (Självstudium): INTRODUKTION

Solsystemet: Solen, Merkurius, Venus, Jorden, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, (Pluto) Solens massa är ca gånger jordmassan

" e n Föreläsning 3: Typiska partikelrörelser och accelerationsriktningar

Tentamen i SG1140 Mekanik II för M, I. Problemtentamen

Tentamen i Mekanik - Partikeldynamik TMME08

NEWTONS 3 LAGAR för partiklar

Solsystemet: Solen, Merkurius, Venus, Jorden, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, (Pluto) Solens massa är ca gånger jordmassan

Inre krafters resultanter

3. Om ett objekt accelereras mot en punkt kommer det alltid närmare den punkten.

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

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

(Eftersom kraften p. g. a. jordens gravitation är lite jämfört med inbromsningskraften kan du försumma gravitationen i din beräkning).

Lösningar till problemtentamen

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

6.3 Partikelns kinetik - Härledda lagar Ledningar

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

Mer Friktion jämviktsvillkor

Tid läge och accelera.on

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

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

Fuglesangs skiftnyckel och Möten i rymden. Jan-Erik Björk och Jan Boman

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

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

Tentamen i Mekanik för D, TFYA93/TFYY68

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

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

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

Kollisioner, impuls, rörelsemängd kapitel 8

II. Partikelkinetik {RK 5,6,7}

9.2 Kinetik Allmän plan rörelse Ledningar

Tentamen i Mekanik 5C1107, baskurs S2. Problemtentamen

Tentamen: Baskurs B i Fysik, del1, 4p kl

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

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

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

Mekanik FK2002m. Repetition

Vågrörelselära och optik

Mekanik Föreläsning 8

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

Svar och anvisningar

Lufttryck. Även i lufthavet finns ett tryck som kommer av atmosfären ovanför oss.

Tentamen i Mekanik - partikeldynamik

SKOLORNAS FYSIKTÄVLING

FÖRBEREDELSER INFÖR DELTENTAMEN OCH TENTAMEN

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

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

Stelkroppsmekanik partiklar med fixa positioner relativt varandra

Mekanik Laboration 3 (MB3)

LÖSNINGAR TENTAMEN MEKANIK II 1FA102

Tentamen i Mekanik för D, TFYY68

Lösningar till problemtentamen

Övningar Arbete, Energi, Effekt och vridmoment

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

9.1 Kinetik Rotation kring fix axel Ledningar

Lösningar Heureka 2 Kapitel 7 Harmonisk svängningsrörelse

Lösningar till övningar Arbete och Energi

Komihåg 5: ( ) + " # " # r BA Accelerationsanalys i planet: a A. = a B. + " # r BA

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

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

NFYA02: Svar och lösningar till tentamen Del A Till dessa uppgifter behöver endast svar anges.

Fysikaliska modeller

= y(0) för vilka lim y(t) är ändligt.

LABKOMPENDIUM. TFYA76 Mekanik

Laboration 4 Mekanik baskurs

I stötuppgifterna bortser vi från den impuls som yttre krafter ger under själva stöttiden.

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

Basala kunskapsmål i Mekanik

6.2 Partikelns kinetik - Tillämpningar Ledningar

Fysikaliska modeller. Skapa modeller av en fysikalisk verklighet med hjälp av experiment. Peter Andersson IFM fysik, adjunkt

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

Transkript:

014-08-19 Tentamen i Mekanik SG110, m. k OPEN m fl. OBS: Inga hjälpmedel förutom rit- och skrivdon får användas! KTH Mekanik Problemtentamen 1. En boll med massa m skjuts ut ur ett hål så att den hamnar i ett annat hål på avståndet L. Bollen har i kaströrelsen en konstant horisontell hastighetskomponent v H. a) Bestäm maxhöjden i bollens bana. (p) b) Bestäm banans krökningsradie vid maxhöjden. Försumma luftmotståndet. Tyngdaccelerationen g är känd.. Antag att kollisionen mellan bussen och bilen är rak och att båda fordonen har samma ursprungliga fart. M>m. a) Bestäm hastigheten bilen får efter en fullständigt oelastisk kollision. (p) b) Bestäm bilens hastighet efter en fullständigt elastisk kollision. 3. En satellit med massan m befinner sig i en elliptisk bana kring jorden. Viktiga avstånd anges i jordradier R i figuren. Bestäm satellitens farter i de två angivna lägena på ellipsens stora symmetriaxel, samt i de två lägena på lilla symmetriaxeln. Tyngdaccelerationen g är känd. (3p) 4. En vagn med massa M är fritt rörlig på ett horisontellt underlag. Vagnen är fäst i en horisontell fjäder med fjäderkonstant k och i en horisontell dämpare med dämpningskonstant c. Härled svängningsekvationen för läget x, vars origo innebär att fjädern är kraftlös. För vilket värde av c blir vagnen kritiskt dämpad? (3p)

Open,Bio,Med-SG110 Mekanik 014-08-19 Teoritentamen 5. a) Förklara det som menas med Newtons 3:e lag för ett fall där en låda står stilla på marken. b) Figuren visar en partikel med massan m och dess plana bana i sin rörelse åt nedåt i figuren. Planet beskrivs av figurens x,y-axlar. Rita ut riktningsvektorer för partikeln i dess rörelse: för radiell och transversell riktning, samt för tangentiell och normalriktning. c) Förklara vad följande kinematiska uttryck beskriver (med kursens beteckningar): i) r, ii) x, iii) r " r#, iv) v "? 6. a) Härled momentlagen för en partikel. Definiera berörda storheter. b) Härled lagen om kraftens arbete (och kinetisk energi). Definiera ingående storheter. 7. a) Härled potentiella energin för gravitationskraften F = " mgm e r på en planet, där r är avståndet till origo (solen). (p) b) För satellitrörelse i plana elliptiska banor kring jorden är dubbla sectorhastigheten h konstant. Visa att detta påstående innebär att rörelsens transversella acceleration försvinner. r (p) 8. a) Bestäm konstanten A så att svängningsrörelsen x(t) = Asin"t satisfierar svängningsekvationen x + " n x = bsin"t. t är den variabla tiden och ", " n samt b är konstanter. b) Villken/villka av ekvationerna i)...v) är svängningsekvationer i kursen? Ange i så fall vilken/villka svängningstyper som avses. i) x + " n x = bsin"t, ii) x "# n x +# n x = 0, iii) x +" n x +" n x = g, iv) x " # n x +# n x = 0, v) x + " n x #" n x = g. b, g, samt ", " n är konstanter och t är den variabla tiden. (p) /Thylwe

Problemlösningar Open,Bio,Med-SG110 Mekanik 014-08-19 1. Lösning: Inför horisontell x-axel och vertikal y-axel med origo i vänster hål (se fig). Hatighetskomponenter i origo är införda också. I banan verkar bara tyngdkraften mg nedåt. a) Ur N med begynnelsevillkor fås läget: " m x = 0 => x (t) = v H och x(t) = v H t. Byt variabel til x: t = x (1) v H N med begynnelsevillkor ger också " m y = #mg => y(t) = "g t + v V t => y = "g x v + v x V () H v H Vertikal hastighetskomponent v V i origo för bollen bestäms ur (): y(l) = 0=> # v V " g L & % ( L = 0 => v $ v H ' v V = g L. Höjden fås då x=l/ (symmetri i banan) ur (): H v H h = "g L 8v + # g L & % ( L = g L H $ v H ' v H 8v. H b) På maxhöjden är tyngdaccelerationen i banans normalriktning och farten är horisontell. Vi får normalaccelerationen g = v H ", där " är krökningsradien. Alltså " = v H g. -------------------------------------. Lösning: a) På grund av att kraftpåverkan mellan bil och buss är ömsesidig ändras inte totala rörelsemängden (stötlagen). Fullständigt oelastisk stöt betyder att fordonen fastnar i varandra. Positiv hastighet åt höger i figuren. Stötlagen ger då före: efter: " mv # Mv = (m + M)v 1, dvs sluthastigheten blir v 1 = " M " m v, dvs åt vänster i figuren. M + m b) Fullständigt elastisk stöt innebär att relativa farten bevaras med ombytt tecken. Stötlagen ger då med före: efter: mv " Mv = mv 1 + Mv, (total rörelsemängd bevaras) v = v " v 1 (relativ fart) dvs mv " Mv = (m + M)v 1 + Mv. Sluthastigheten blir v 1 = " 3M " m v, dvs åt vänster i figuren. M + m

Open,Bio,Med-SG110 Mekanik 014-08-19 ------------------------------- 3. Lösning: För rörelsen i figurens ellipsbana med storaxel 8R krävs enligt banenergiformeln (storaxeln bestämmer helt totala energin) den totala energin E = " mgr 8R = " mgr (1). 8 De fyra lägena i banan har olika potentiella energier. De två på storaxeln har potentiella energier: (närmast jorden) V s1 = " mgr 3R = " mgr och (längst bort) V 3 s = " mgr 5R = " mgr 5. Dessa lägen ger farterna : (närmast) mv = E "V => v s1 = 5gR 1, respektive v s = 3gR 0. De två på lillaxeln har lika potentiella energier: Med hjälp av ellipsens geometri är avstånden 4R, så att V l1 = V l = " mgr 4R = " mgr 4. Dessa lägen ger farterna : mv = E "V => v l1 = v l = gr 4. 4. En vagn med massan M påverkas förutom en fjäder av en dämpande kraft med kraftkonstanten c. Fjädern har fjäderkons-tanten k. Bestäm svängningsekvationen för vagnens rörelse! För vilket värden av c blir vagnen kritiskt dämpad? Lösning: Bara två krafter i vagnens rörelseriktning: F = "kx " c x. Newtons :a lag: M x = "kx " c x Svängningsekvationen: x + c M x + k M x = 0 Naturliga vinkelfrekvensen för svängningen läses av (enligt svängningsteorin): " n = k M. (*) Kritisk dämpning inträffar då dämpningsförhållandet uppfyller " =1, där enligt teorin: "# n = c M. (**) Om ekvationerna (*) och (**) kombineras fås för c: c = "# n M, dvs med " =1: c = km

Teoridelen Open,Bio,Med-SG110 Mekanik 014-08-19 5a) Alla krafter uppstår vardera i lika men motriktade par så att parets kraftsumma är noll. Här är ett möjligt exempel: b) c) i) radiell hastighetskomponent, ii) hastighetskomponent i fix x-riktning, iii) radiell accelerationskomponent, iv) accelerationskomponent i normalriktningen. 6a) Definitioner: Rörelsemängd p = mv, där v är hastigheten, rörelsemändsmoment H O = r " p. Tids derivering ger H O = d( r " p ) = v " p + r " p dt = r " p, ty v och p är parallella. Newtons :a lag: p = F medför att r " p = r " F. Sammantaget fås momentlagen: H O = M O, där vi inför kraftmomentet enligt definitionen M O = r " F. b) Härledning av arbetslagen: Newton : m v = F. Båda leden multipliceras skalärt med hastigheten v. Man får då: m v v = F v (1). def } mv Enligt definition är VL tidsderivatan av kinetiska energin T =, ty d mv def regel regel " % } d " mv v % } m $ ' = $ ' = v dt # & dt # & } ( v + v v m ) = ( v v )= m v v. Tidsintegrering av (1) ger mv (t 1 ) " mv (t 0 ) t 1 # = F v dt, som med v dt = dr och byte av variabel kan skrivas enkelt som mv 1 " mv 0 = # F dr. HL definieras som kraftens uträttade arbete U 0"1. Ännu enklare: T 1 " T 0 = U 0#1, där T är symbolen för kinetiska energin (rörelseenergin). t 0 r 1 r 0

Open,Bio,Med-SG110 Mekanik 014-08-19 7 a) Enligt definitionen av potentiell energi: r # V ( r ) = " " mgm & r ) % e $ r ( dr = mgm ) dr + C ' 1 = " mgm + C r. fix betyder en fix r fix r fix referenspunkt i rummet. Man väljer alltid den senare konstanten C så att den är noll då avståndet r = +". Potentiella energin beror endast på avståndet r (och inte på riktning). b) Definition: Dubbla sektorhastigheten: h = r ". Transversell acceleration: a " = r " + r". Derivering av h ger 0 = r r " + r " = r( r " + r " ). Vi ser att den transversella accelerationen är 0, ty r är inte 0. 8. a) Rörelsen x(t) = Asin"t ska satisfiera svängningsekvationen x + " n x = bsin"t. Tidsderiveringar av rörelsen ger x (t) = "# Asin#t. Insättning av detta i svängningsekvationen ger " n #" A vara A = b " n #". ( )Asin"t = bsin"t. Om detta alltid ska gälla måste b) i) Påtvingad odämpad svängning, iii) är en svagt dämpad svängning. Övriga alternativ är inga svängningsekvationer i kursen.