Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN. Problemtentamen

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

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN. Problemtentamen

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN. Problemtentamen

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

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

Tentamen i Mekanik SG1107, baskurs S2. Problemtentamen

Tentamen i Mekanik SG1130, baskurs P1. Problemtentamen

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

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:

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

" e n och Newtons 2:a lag

Tentamen i Mekanik SG1130, baskurs. Problemtentamen

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

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

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

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

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

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

" e n Föreläsning 3: Typiska partikelrörelser och accelerationsriktningar

NEWTONS 3 LAGAR för partiklar

Föreläsning 17: Jämviktsläge för flexibla system

Tentamen i SG1140 Mekanik II. Problemtentamen

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

Tentamen i Mekanik SG1130, baskurs P1. Problemtentamen

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

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

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

Kursens olika delar. Föreläsning 0 (Självstudium): INTRODUKTION

Tentamen i Mekanik SG1107, baskurs S2. Problemtentamen

Tentamen i Mekanik - Partikeldynamik TMME08

Tentamen i SG1140 Mekanik II för M, I. Problemtentamen

Tentamen i Mekanik 5C1107, baskurs S2. Problemtentamen

Tentamen i SG1140 Mekanik II för M, I. Problemtentamen

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

Inre krafters resultanter

6.3 Partikelns kinetik - Härledda lagar Ledningar

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

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

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

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

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

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

Stelkroppsmekanik partiklar med fixa positioner relativt varandra

LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 4

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

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

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

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

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

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

Mer Friktion jämviktsvillkor

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

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

9.1 Kinetik Rotation kring fix axel Ledningar

SF1626 Flervariabelanalys

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

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

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

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

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

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

LÖSNINGAR TENTAMEN MEKANIK II 1FA102

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

Lösningar till problemtentamen

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Mekanik Föreläsning 8

Lösningar Heureka 2 Kapitel 7 Harmonisk svängningsrörelse

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

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

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

Tentamensskrivning i Mekanik (FMEA30) Del 1 Statik och partikeldynamik

Lösningar till övningar Arbete och Energi

Arbete och effekt vid rotation

Tid läge och accelera.on

= y(0) för vilka lim y(t) är ändligt.

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

Mekanik F, del 2 (FFM521)

Tentamen i Mekanik - partikeldynamik

Tentamen i Mekanik - partikeldynamik

6.2 Partikelns kinetik - Tillämpningar Ledningar

Introduktion till Biomekanik, Dynamik - kinetik VT 2006

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

II. Partikelkinetik {RK 5,6,7}

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

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

Tentamen i Mekanik för D, TFYA93/TFYY68

Tillämpad biomekanik, 5 poäng Övningsuppgifter

LABKOMPENDIUM. TFYA76 Mekanik

FÖRBEREDELSER INFÖR DELTENTAMEN OCH TENTAMEN

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

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

LÄRARHANDLEDNING Harmonisk svängningsrörelse

SKOLORNAS FYSIKTÄVLING

Andra EP-laborationen

Transkript:

014-06-04 Tentamen i Mekanik SG110, m. k OPEN. OBS: Inga hjälpmedel förutom rit- och skrivdon får användas! KTH Mekanik 1. Problemtentamen En boll skjuts ut genom ett hål med en hastighet v så att den precis flyger in i nästa hål, med α och l givna enligt figuren. Betäm utgångsfarten v och maxhöjden i banan, samt banans krökningsradie vid hålen. Försumma luftmotståndet. Tyngdaccelerationen g är känd. (3p). En hylsa med massan m glider på en glatt ledstång som är halvcirkelformad i ena änden. Ledstången ligger i ett vertikalplan och har radien R i den krökta delen. Bestäm normalkraften på hylsan i läget A. Bestäm också normalkraften på hylsan i läget B alldeles innan hylsan lämnar ledstången. Tyngdaccelerationen g är känd. (3p) 3. En rymdfärja med massan m startar på jordytan med en tillräckligt stark raketmotor så att vid take off färjan kan följa ellipsbanan i figuren med avstängd raketmotor. Maxhöjden ovanför jordytan i banan är R. Bestäm den fart på jordytan som krävs för att påbörja denna färd. Ledningar: Bortse från jordens rotation kring sin axel. Tyngdaccelerationen g är känd. (3p) 4. En vagn har farten v 0 då den passerar sitt jämviktsläge i origo på x-axeln. Vagnen är fäst i en fjäder och en viskös dämpare enligt figuren. a) Bestäm vagnens massa m uttryckt i fjäderns och dämparens kraftkonstanter k och c så att rörelsen blir kritiskt dämpad. b) Bestäm för denna massa det första vändläget i den fortsatta rörelsen. (p)

Open-SG110 Mekanik 014-06-04 Teoritentamen 5. a) En liten tärning kan glida från översta punkten A på en glatt sfärisk yta tills dess den tappar kontakten med underlaget i B. Rita i en figur tärningens acceleration i A innan tärningen fått upp farten, samt den i B. b) Figuren visar en partikel med massan m och dess plana bana i sin rörelse åt vänster i figuren. Planet beskrivs av figurens x,y-axlar. Rita ut riktningsvektorer för partikeln: för radiell och transversell riktning, samt för tangentiell och normalriktning. c) Skriv Newtons :a lag för en partikel med användning av cylinderkomponenter. Förklara införda symboler. 6. a) I en stöt mellan två partiklar registreras de hastigheter som visas i figuren. Ange värdet på stöttalet. b) Härled lagen om kraftens arbete (och kinetisk energi). Definiera ingående storheter. (p) 7. a) Härled potentiella energin för gravitationskraften F = " mgm e r på en planet, där r är avståndet till origo (solen). (p) b) Bevisa att planetbanan i föregående uppgift ligger i ett plan. r 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) Beskriv grafiskt typiska tidsfunktioner (partikelrörelser) x(t) för rak kritiskt dämpad svängning, samt för svagt dämpad svängning. c) Villken/villka av ekvationerna i)...iii) är svängningsekvationer? Ange i så fall vilken/villka svängningstyper som avses. i) x "# n x +# n x = 0, ii) x + " n x +" n x = g, iii) x " # n x +# n x = 0. /Thylwe

Problemlösningar Open-SG110 Mekanik 014-06-04 1. Lösning: Inför horisontell x-axel och vertikal y-axel med origo i vänster hål (se fig). I banan verkar bara tyngdkraften. N med begynnelsevillkor ger: " m x = 0 => x(t) = vt cos". (1) " m y = #mg => y(t) = "g t + vt sin#. () Bestämning av utgångsfarten v. För att bollen senare ska hamna i andra hålet krävs: $ y(t 1 ) = 0=> v sin" # g t 1' & ) t % ( 1 = 0 => t 1 = v sin". Samtidigt måste gälla att x=l, dvs från (1): g l = vt 1 cos" eller l = v sin" cos". g lg Ur sista ekvationen kan v bestämmas: v = sin" cos". (3) Krökningsradien " kan bestämmas ur bollens acceleration i normalriktningen vid något av hålen: Definition a n = v (4). Hela accelerationen g är riktad neråt. Projektion på " normalriktningen ger a n = gcos", som insatt i (4) med v given i (3) ger krökningsradien: " = v gcos#. Maxhöjden inträffar då t = t 1 / pga symmatrin. Ekvation () med v given i (3) ger höjden y max = ( v sin" ) g # ( v sin" ) g ------------------------------------- ( ), dvs y max = v sin" g.

Open-SG110 Mekanik 014-06-04. Lösning: Kraftanalys i figuren, bara tyngdkraft och normalkraft på hylsan. För glatt ledstång gäller energiprincipen och med lägesenergins nollnivå vid B fås: I A: mv A + mgr = mv + mgr, och i B: mv B = mv + mgr. Dessa ekvationer ger farterna: v A = v + gr respektive v B = v + 4gR. Newtons :a lag i normalriktningarna ger sedan: mv A R = N A respektive mv B R = N B " mg. Om vi löser ut normalkrafterna med insatta uttryck för farterna fås: N A = mg + mv R respektive N B = 5mg + mv R. ------------------------------- 3. Lösning: För rörelsen i figurens ellipsbana krävs enligt banenergiformeln den totala energin E = " mgr 4R = " mgr (1), där storaxelns längd är 4R. Vid start på jordytan krävs 4 rörelseenergin mv mgr = E "V, där v är rymdfärjans fart och V = " = "mgr är potentiella R energin där. Uträkningar av farten ger efter förenklingar v = # " gr & % ( " ("gr)=> v = 3gR $ 4 '. 4. Bestäm m så att dämpningsförhållandet blir " =1. Bestäm även första vändläget i vagnens fortsatta rörelse. Lösning: Fjädern är ospänd i origo, jämviktsläget.

Vi har bara två krafter längs x-axeln: F x = "kx "c x. Newtons :a lag: m x = "kx "c x Svängningsekvationen: x + c x m + k m x = 0 Open-SG110 Mekanik 014-06-04 Naturliga vinkelfrekvensen för svängningen läses av (enligt svängningsteorin): " n = k m. (*) Dämpningsförhållandet skall uppfylla " =1, där enligt teorin: "# n = c m. (**) ( ). Om ekvationerna (*) och (**) kombineras med " =1 fås för m: m = 1 c k För denna massa är rörelsen kritiskt dämpad. Den allmänna rörelsen för kritiskt dämpad svängning kring origo är: x( t) = exp(-" n t) [ B +Ct]. Begynnelsevillkoret att rörelsen börjar i origo medför att vi måste ha B = 0. Dvs rörelsen beskrivs av x( t) = exp(-" n t) Ct. Begynnelsevillkoret att hastigheten är v 0 (åt höger) kräver att C har ett speciellt värde! Derivering av x( t) ger hastigheten x ( 0) = C. Dvs C = v 0. ( ) = exp(-" n t v ) ( v 0 #v 0 " n t v ) = 0 vid tiden t v då Vid första vändläget är hastigheten 0. Dvs x t v detta inträffar. Alltså måste (för ändlig tid) t v =" #1 n. Insättning av tiden ger läget v x v = e "1 0 $ = e "1 v m # 0 n k = e"1 v c ' & % 0 ). k (

Teoridelen Open-SG110 Mekanik 014-06-04 5. a) b) Där riktningsvektorer skall namnges. c) N: ma = F, där a är partikelns acceleration, m är partikelns massa och F är kraften som påverkar partikeln. Med cylinderkomponenter blir det de tre ekvationerna: m r " r# " + r " z = F z (axiellt). ( ) = F r (radiellt), m r ( ) = F " (transversellt), samt m Kraftens komponenter erhålls geometriskt eller m h a projektioner, t ex F " = F e " (transversellt). 6a) 0. (svar) 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 7 a) Enligt definitionen av potentiell energi: r # V ( r ) = " " mgm & r ) % e $ r ( dr = mgm ) dr + konst ' 1 = " mgm + konst r. Man fix r fix r väljer alltid den senare konstanten så att den är noll då avståndet r = +". Potentiella energin beror endast på avståndet r. b) Gravitationskraften F = " mgm e r är radiellt riktad och ger inget kraftmoment r med avseende på solens centrum (origo), så att momentlagen blir H O = 0. Dvs rörelsemängdsmomentet H O = { r " mv = konst. Med cylinderkomponenter r = re r def och v = r e r + r" e " så definierar dessa vektorer alltid ett rörelseplan där z=0 i ett visst ögonblick. Rörelsemängdsmomentet som är konstant får uttrycket H O = mr " e z.

Open-SG110 Mekanik 014-06-04 Vektorriktningen e z är konstant och är då alltid ortogonal mot rörelsevektorerna r och v så att rörelsen blir plan. 8. a) Rörelsen x(t) = Asin"t ska satisfiera svängningsekvationen x + " n x = bsin"t. Tidsderivering av rörelsen ger x (t) = "# Asin#t. Insättning av detta i svängningsekvationen ger (" n #" )Asin"t = bsin"t. Om detta alltid ska gälla måste A vara A = b " n #". b) Exempel: c) ii) är en kritiskt dämpad svängning. Övriga alternativ är inga svängningsekvationer.