Mer Friktion jämviktsvillkor

Relevanta dokument
Inre krafters resultanter

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

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

Kursens olika delar. Föreläsning 0 (Självstudium): INTRODUKTION

Föreläsning 17: Jämviktsläge för flexibla system

" e n Föreläsning 3: Typiska partikelrörelser och accelerationsriktningar

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

Tentamen i Mekanik 5C1107, baskurs S2. Problemtentamen

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

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

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

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

NEWTONS 3 LAGAR för partiklar

Tentamen i Mekanik SG1107, baskurs S2. Problemtentamen

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

Tentamen i Mekanik I SG1130, baskurs P1 och M1. Problemtentamen OBS: Inga hjälpmede 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

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

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

Repetition Mekanik, grundkurs

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

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN. Problemtentamen

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

" e n och Newtons 2:a lag

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

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

Tentamen i Mekanik 5C1107, baskurs S2. Problemtentamen

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

6.3 Partikelns kinetik - Härledda lagar Ledningar

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

Tentamen i Mekanik SG1107, baskurs S2. Problemtentamen

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

6.2 Partikelns kinetik - Tillämpningar Ledningar

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN. Problemtentamen

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

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

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

VSMA01 - Mekanik ERIK SERRANO

Mekanik Föreläsning 8

Introduktion till Biomekanik - Statik VT 2006

Grundläggande om krafter och kraftmoment

Tentamen i SG1140 Mekanik II. Problemtentamen

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

Tentamen i Mekanik SG1130, baskurs P1. Problemtentamen

Introhäfte Fysik II. för. Teknisk bastermin ht 2018

KOMIHÅG 2: Kraft är en vektor med angreppspunkt och verkningslinje. Kraftmoment: M P. = r PA

2.2 Tvådimensionella jämviktsproblem Ledningar

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

9.1 Kinetik Rotation kring fix axel Ledningar

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

FÖRBEREDELSER INFÖR DELTENTAMEN OCH TENTAMEN

9.2 Kinetik Allmän plan rörelse Ledningar

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

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

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN. Problemtentamen

Biomekanik, 5 poäng Jämviktslära

Lösningar Heureka 2 Kapitel 7 Harmonisk svängningsrörelse

LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 4

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

Tentamen i SG1140 Mekanik II för M, I. Problemtentamen

WALLENBERGS FYSIKPRIS

LÖSNINGAR TENTAMEN MEKANIK II 1FA102

Introduktion till Biomekanik - Statik VT 2006

Stelkroppsmekanik partiklar med fixa positioner relativt varandra

Lösningar Kap 11 Kraft och rörelse

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

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

3 Fackverk. Stabil Instabil Stabil. Figur 3.2 Jämviktskrav för ett fackverk

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

Tentamen i SG1140 Mekanik II för M, I. Problemtentamen

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

Introduktion till Biomekanik, Dynamik - kinetik VT 2006

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

Tentamen i delkurs 1 (mekanik) för Basåret Fysik NBAF00

Biomekanik Belastningsanalys

2 NEWTONS LAGAR. 2.1 Inledning. Newtons lagar 2 1

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

VSMA01 - Mekanik ERIK SERRANO

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Tentamen i delkurs 1 (mekanik) för Basåret Fysik NBAF00

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

Tentamen i Mekanik - Partikeldynamik TMME08

Krafter och moment. mm F G (1.1)

Uppgift 3.5. Vi har att: a = dv dt enligt definitionen. Med vårt uttryck blir detta: Vi separerar variablerna: Vi kan nu integrera båda leden: Z dv

e 3 e 2 e 1 Kapitel 3 Vektorer i planet och i rummet precis ett sätt skrivas v = x 1 e 1 + x 2 e 2

Tillbakablick: Övning 1.2. Fordonsdynamik med reglering. Stillastående bil. Sidkrafter: Frågeställning 1. R r. R g

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

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

Uppgifter till KRAFTER. Peter Gustavsson Per-Erik Austrell

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

Uppgifter till KRAFTER

Tentamen i Mekanik 5C1107, baskurs S2. Problemtentamen

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

Vågrörelselära och optik

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

KOMPLETTERINGAR TILL FYSIK A FÖR TEKNIK/NATURVETENSKAPLIGA BASÅRET N 2. Juni 2006 NILS ALMQVIST

Tentamen i Mekanik SG1130, baskurs. Problemtentamen

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

Introduktion till Biomekanik - Statik VT 2006

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

Transkript:

KOMIHÅG 6: --------------------------------- Torr friktion: F! µn. Viskös friktion: F = "cv. Extra villkor för jämvikt: risk för glidning eller stjälpning. ---------------------------------- Föreläsning 7: Mer Friktion jämviktsvillkor 1 m µ 2 L µ 1 x Problem: En lätt stång av längd L stödjer en massa m som bara kan röra sig vertikalt. Friktionstalet µ 1 mot underlaget skiljer sig från friktionstalet µ 2 i kontakt med massan. Bestäm först friktionskrafterna för läget i figuren. Ange sedan friktionsvillkoren för jämvikt.

Lösning: Friläggning av massan ger " N 2 # mg = 0.Frilägg sedan stången: 2 F 2 mg N 1 Jämvikt kräver: " F 1 # F 2 = 0 $ N 1 # mg = 0 F 1. där momentekvationen avser kontaktpunkten mot underlaget. De lika stora friktionskrafterna blir således: mgx F 1 = F 2 =. L 2 " x 2 Friktionsvillkoren blir: F 1 mg = x L 2 " x 2 < µ 1, och F 2 mg = x L 2 " x < µ. 2 2 Beroende på vilket friktionstal som är minst får vi villkoret µl x max =, där µ = min { µ,µ 1+ µ 2 1 2}.

Exempel 2a 3 P h (2b) A En gradvis ökning av belastningen P på lådan görs. Undersök vilket villkor för friktionstalet µ som måste gälla för att den belastade lådan ska stjälpa när P växer innan glidning inträffar. Lösning: Kraftanalys (dvs rita och identifiera krafter, dvs frilägg ): 2a P h A x mg N (2b) f Kraftjämvikten ger: P " f = 0 och N " mg = 0. Härur kan friktionskraften och normalkraften bestämmas. f = P, N = mg. Momentjämvikten: Nx " mga " Ph = 0. Härur kan x bestämmas. x = a + Ph. För gränsen till glidning gäller: P = µmg. mg För gränsen till stjälpning, dvs x=2a, gäller: P = a h mg. För att stjälpning skall inträffa först då kraften P ökar krävs: a h < µ.

4 Jämviktsläge för flexibla system Fjäderkraft: När en rak fjäder är i vila har den en längd som kallas vilolängd. Om en fjäder sitter fast i ena änden och i andra änden påverkas av en dragkraft F drag ändras dess längd. En ideal fjäder ändrar sin längd proportionellt mot kraftens styrka, dvs dubbelt så stor förändring av längd för dubbla kraften. Sambandet mellan dragkraft och förlängning kan skrivas: F drag = k( x " L)e x, där x anger läget av den rörliga änden, L är vilolängden och k är den så kallade fjäderkonstanten som bestämmer styvheten i fjädern. Vektorn e x anger förlängningsriktningen. OBS: Fjäderns egen kraft är motsatt riktad dragkraften! Dvs: F fjäder = "k( x " L)e x (fjäderkraften) Ofta betecknas fjäderkraften i denna kurs med F k, där k betyder fjäderkonstanten för fjädern. När den rörliga fjäderänden är i (det enda) läget x = L finns ingen kraft i fjädern.

Jämviktsläge: Betrakta en massa som hänger i en fjäder med känd vilolängd L och känd fjäderkonstant k. Massan påverkas av två krafter, tyngdkraften mge x (neråt i figuren) och en fjäderkraft "k( x " L)e x (uppåt). Vid jämvikt blir totala vertikala kraften noll, dvs "k(x " L) + mg = 0. Den rörliga fjäderänden befinner sig i läget x = L + mg, som även beskriver k jämviktsläget för massan. Där kan massan ligga still. 5 Jämviktslägen kan vara stabila eller instabila. I detta fall är jämviktsläget stabilt.

Problem. 6 En pappersrulle med massan m skall rullas uppför ett sluttande plan med hjälp av en kraft N. Bestäm N om friktionstalet är µ. Lösning: Kraftanalys: Vi observerar att momentjämvikten kräver att f 1 = f 2. Antag också att N < N 1, så att glidningsgränsen blir f = µn. Jämviktsekvationer: " N 1 sin# $ N( 1$ µcos# ) = 0 " N 1 cos# $ mg $ µn( 1+ sin# ) = 0 Eliminera N 1. Lös N och förenkla med trigonometriska ettan. mgsin" N = cos" # µ # µsin".

7 Problem: a) Figuren visar en perspektivskiss av kraftvektorer vars belopp är proportionella mot en kantlängd (två krafter) samt en sidodiagonal (en kraft). Räkna ut resultanten i origo, dvs kraftsumma R och momentsumma M O. b) Bestäm en annan momentpunkt r C i rummet med avseende på vilken krafternas momentvektor blir parallell (eller antiparallell) med kraftsummans vektor R. Använd sambandsformeln för byte av momentpunkt: M O = M C + r C " R. Lösning: Systemets kraftssumma: R = 2F e z = ( 0,0,2F ). Momentet map origo : M 0 = ( Fa/ 2+ Fa,"Fa,"Fa). Hitta en ny momentpunkt som tar bort momentkomponenter " mot R, i detta fall x- och y-komponenterna. Sambandsformeln för moment ger: M C = M O " r C # R. Vi ser att hur vi än letar punkter kan vi inte ändra momentet med avseende på z-axeln. Alltså letar vi efter en punkt så att r C " R = M O # M C = ( 3Fa/ 2,#Fa,0). z C kan inte bestämmas entydigt. Skriv nu ekvationer med x C,y C ur vektorekvationen: y C 2F = 3Fa /2 "x C 2F = "Fa som har lösningen: x C = a/2 y C = 3a/4.

KOMIHÅG 7: --------------------------------- Jämvikten kan rubbas: stjälpning, glidning. Flexibla system- jämvikt bara i jämviktslägen. ---------------------------------- Föreläsning 8: PARTIKELKINEMATIK (rörelse) Kinematiska storheter: läge-hastighet-acceleration y 8 r! r m a v x Definitioner: hastighet : v = dr dt = r fart : v = v acceleration: a = d2 r dt 2 = r = v Dessutom införs Rörelsemängd: p = mv, dp Newtons 2:a lag: dt = F.

Kinematik med vanliga (kartesiska) x, y, z-koordinater: Problem: Rörelsen i planet beskrivs av tidsfunktionerna x(t)= bt, y( t) = c " gt 2 / 2, där b, c och g är konstanter. Bestäm hastigheten och accelerationen, samt vinkeln mellan dem. Lösning: Först använder vi definitioner med hjälp av de kartesiska koordinaterna x och y. ( ) = bt,c " gt 2 / 2 ( x ( t), y ( t) ) = ( b,"gt) v = ( 0,"g) r = x( t),y( t) v = ( ) a = Det är här fråga om en kaströrelse, ty accelerationen är konstant riktad neråt i (vertikal-) planet. Vinkeln mellan acceleration och hastighet får man sedan ur skalärprodukten: v a = vacos" b 2 + ( gt) 2 # g#cos" g 2 t = dvs # & gt " = arccos% ( % $ b 2 + ( gt) 2 ( ' När är mellanliggande vinkel 90 grader? 9

Annat val av koordinater: 10 Problem: Låt nu rörelsen i planet beskrivas av de polära koordinaterna r (konstant) och ". För likformig cirkelrörelse är "( t) = #t, där " är konstant. Bestäm för denna rörelse läge, hastighet och acceleration och vinklarna mellan dessa. Lösning: Vi kan nu beskriva läge-hastighet-acceleration som vektorer r = rcos" ( t),rsin" ( t) ( ) ( ) = r cos#t,sin#t ( ) = #r( $sin#t,cos#t) v = $#rsin#t,#rcos#t a = $r# 2 ( cos#t,sin#t) = $# 2 r Läge och hastighet är vinkelräta, ty r v = "r 2 (#cos"tsin"t + sin"tcos"t) = 0 medan läge och acceleration tydligen är anti-parallella. Denna rörelse kallas likformig cirkelrörelse. v r a

Kinematiska samband: 11 Om bara accelerationen är känd, behöver man integrera för att få hela kinematiken, dvs även läge och hastighet. Vi tittar på några olika fall: 1) Konstant acceleration. a Problem: Hur rör sig en partikel som har accelerationen a? Lösning: Vi väljer lämpliga x, y, z axlar så att a = ( 0,"a,0). Definitionen av accelerationen a : a = dv dt säger att hastigheten v är primitiv funktion till a. Dvs v = a t + konst. Konstantens värde måste vara hastighetens värde då t = 0. Vi skriver v = a t + v 0. Detta är en vektorekvation. Hur ser den ut i komponentform? Slutsats: Om vi vet a måste vi också veta v 0 för att fullständigt veta hastigheten vid en godtycklig tidpunkt!! Om v är känd kan vi använda definitionen v = dr dt för att bestämma läget r. Hastigheten är en primitiv funktion av hastigheten: r = 1 2 a t 2 + v 0 t + konstant. Konstantens värde är läget vid tidpunkten t = 0. Vi skriver: r = 1 2 a t 2 + v 0 t + r 0.

2) Tidsberoende acceleration. Problem: En partikel rör sig med y-koordinatens beteende y( t) = bt 3 "ct, med b=4 ms "3 och c=3 m/s. Dessutom vet man att accelerationen i x-riktningen ges av a x = et, där e= 12 ms "3. Bestäm hastighets- och accelerationsvektorerna och deras belopp vid t=1 s, om begynnelsehastighetens x-komponent vid t=0 är 4 m/s. Lösning: Rörelsen i y-led är fullständigt bestämd, återstår huvudsakligen att bestämma v x ( t). I x-led gäller t { a x = v x } " v x ( t) = # a x ( t' )dt' + v x 0 varur v x (t) = t t 0 " et'dt' + v x0 = 1 2 et 2 + 4 m/s. 0 Konstruktion av vektorerna ger nästan omedelbart: # v ( t) = v x ( t),v y ( t) % $ samt a ( t) = a x ( t),a y ( t) ( ) = 1 2 et 2 + 4 m/s, 3bt 2 " 3m/s ( ) ( ) = et, 6bt Insättning av konstanters numeriska värden samt t=1 s, ger sedan v ( t =1s) = ( 10,9) m/s samt ( ) m/s 2 a ( t =1s) = 12,24 v( t =1s) = 181 m/s a( t =1s) =12 5 m/s 2 & ( ' 12