Mekanik för I, SG1109, Lösningar till problemtentamen,

Relevanta dokument
LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 9. Förklaring till dragkraftens storlek är: f

Lösning, Analytisk mekanik, 5C1121, Tentamen,

Lösningar till problemtentamen

LÖSNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 4. Masscentrums x-koordinat för den sammansatta kroppen är allmänt. 1 g1 2 g2 3 g3 4 g4.

Analytisk mekanik Problemsamling

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

Tentamen i Mekanik D, TKYY , kl 14:00-19:00

Tentamensskrivning i Mekanik (FMEA30) Del 1 Statik- och partikeldynamik Lösningsförslag

SG1140, Mekanik del II, för P2 och CL3MAFY

Lösningar basuppgifter 6.1 Partikelns kinetik. Historik, grundläggande lagar och begrepp

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 8 juni 2011, Svar och lösningsförslag

Tentamen i mekanik TFYA16

Rätt svar (1p): u A. α β A B. u B. b) (max 3p) I början har endast puck A rörelseenergi: E AB,i = 1 2 m Av 2 A = 1 2 m Au 2 A


4 ARBETE OCH ENERGI. 4.1 Inledning. 4.3 Lagen fór kinetiska energin i en dimension. 4.2 Integration av rörelseekvationerna i en dimension

Kvalificeringstävling den 2 oktober 2007

Inledande kurs i matematik, avsnitt P.6. Vi ritar upp enhetscirkeln och vinkeln 2π 3.

TENTAMEN. Matematik för basår I. Massimiliano Colarieti-Tosti, Niclas Hjelm & Philip Köck :00-12:00

13. Energimetoder. r R

θ = M mr 2 LÖSNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 10 LP 10.1

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

Sidor i boken

ORTONORMERADE BASER I PLAN (2D) OCH RUMMET (3D) ORTONORMERAT KOORDINAT SYSTEM

Finaltävling den 20 november 2010

ORTONORMERAT KOORDINAT SYSTEM. LÄNGDEN AV EN VEKTOR. AVSTÅND MELLEN TVÅ PUNKTER. MITTPUNKT. TYNGDPUNKT. SFÄR OCH KLOT.

Trigonometri. 2 Godtyckliga trianglar och enhetscirkeln 2. 3 Triangelsatserna Areasatsen Sinussatsen Kosinussatsen...

Uttryck höjden mot c påtvåolikasätt:

Lösningar till repetitionstentamen i EF för π3 och F3

Tentamen i Analys B för KB/TB (TATA09/TEN1) kl 08 13

Generaliserade integraler

Mekanik Statik Lösningar

Tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 och Modellering och simulering inom fältteori för F3, 29 augusti, 2008, kl

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

x = x = x = x=3 x=5 x=6 42 = 10x x + 10 = 15 x = = 20 x = 65 x + 36 = 46

Tillämpad Matematik I Övning 4

Lamellgardin. Nordic Light Luxor INSTALLATION - MANÖVRERING - RENGÖRING

Analys o 3D Linjär algebra. Lektion 16.. p.1/53

Användande av formler för balk på elastiskt underlag

Tyngdkraftfältet runt en (stor) massa i origo är. F(x, y, z) =C (x 2 + y 2 + z 2 ) 3 2

GEOMETRISKA VEKTORER Vektorer i rummet.

GEOMETRISKA VEKTORER Vektorer i rummet.

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 25/8 2015

TATA42: Föreläsning 11 Kurvlängd, area och volym

1 Föreläsning IX, tillämpning av integral

Kan det vara möjligt att med endast

Tentamensskrivning i Mekanik, Del 2 Dynamik för M, Lösningsförslag

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

PASS 1. RÄKNEOPERATIONER MED DECIMALTAL OCH BRÅKTAL

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

14. MINSTAKVADRATMETODEN

Repetitionsuppgifter i matematik

NATIONELLT KURSPROV I MATEMATIK KURS C VÅREN Kravgränser 4. Del I, 8 uppgifter utan miniräknare 5. Del II, 9 uppgifter med miniräknare 8

EGENVÄRDEN och EGENVEKTORER

Analys grundkurs B lab 1. Stefan Gustafsson Per Jönsson Fakulteten för Teknik och Samhälle, 2013

24 Integraler av masstyp

Tavelpresentation grupp 5E

Tentamen i Mekanik I del 1 Statik och partikeldynamik

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen T Erlandsson

Vektorer. Avsnitt 1. Ange lägesvektorerna för de två väteatomerna på formen: r = x ˆx + y ˆx

Tentamen 1 i Matematik 1, HF dec 2016, kl. 8:00-12:00

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

1 e x2. lim. x ln(1 + x) lim. 1 (1 x 2 + O(x 4 )) = lim. x 0 x 2 /2 + O(x 3 ) x 2 + O(x 4 ) = lim. 1 + O(x 2 ) = lim = x = arctan x 1

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 10/1 2015

TATA42: Föreläsning 12 Rotationsarea, tyngdpunkter och Pappos-Guldins formler

Tentamen ellära 92FY21 och 27

MATEMATIKPROV, LÅNG LÄROKURS BESKRIVNING AV GODA SVAR

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

Definition. En cirkel är mängden av de punkter i planet vars avstånd till en given punkt är (*)

Tillämpning - Ray Tracing och Bézier Ytor. TANA09 Föreläsning 3. Icke-Linjära Ekvationer. Ekvationslösning. Tillämpning.

NATIONELLT KURSPROV I MATEMATIK KURS C VÅREN Del I, 10 uppgifter utan miniräknare 4. Del II, 8 uppgifter med miniräknare 6

Definition. En cirkel är mängden av de punkter i planet vars avstånd till en given punkt är

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

Tentamen i Mekanik - partikeldynamik

45 o. Mekanik mk, SG1102, Lösningar till problemtentamen, KTH Mekanik

13 Generaliserade dubbelintegraler

Nautisk matematik, LNC022, Lösningar

TATA42: Föreläsning 4 Generaliserade integraler

Lösningar och kommentarer till uppgifter i 1.2

Föreläsning 7: Trigonometri

Fysiktävlingen Lösningsförslag. Uppgift 1. Vi får anta att kinetisk energi övergår i lägesenergi, och att tyngdpunkten lyftes 6,5 m.

TATA42: Föreläsning 4 Generaliserade integraler

Mängder i R n. Funktioner från R n till R p

19 Integralkurvor, potentialer och kurvintegraler i R 2 och R 3

a sin 150 sin 15 BC = BC AB 1.93 D C 39º 9.0

Tentamen 1 i Matematik 1, HF1903 tisdag 8 januari 2013, kl

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

Matematiska uppgifter

MA002X Bastermin - matematik VT16

Tentamen ETE115 Ellära och elektronik för F och N,

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

Materiens Struktur. Lösningar

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

Byt till den tjocka linsen och bestäm dess brännvidd.

10. Tillämpningar av integraler

Harmonisk oscillator Ulf Torkelsson

Geometri. 4. Fyra kopior av en rätvinklig triangel kan alltid sättas ihop till en kvadrat med hål som i följande figur varför?

Tentamen i EITF90 Ellära och elektronik, 28/8 2018

Rektangulär kanal, K. Produktbeteckning. Beteckningsexempel. Sida A (se storlekstabell) Sida B (se storlekstabell)

Lösningsförslag till tentamen i SF1683 och SF1629 (del 1) 23 oktober 2017

Transkript:

KTH Meknik 2008 05 20 Meknik för I, SG09, Lösningr till probletenten, 2008 05 20 Uppgift : En bo ed ssn och längden är i sin en ände onterd i en kulled på en vertikl vägg. I den ndr änden A är fäst två linor so går till fästpunkter B respektive C på väggen so håller boen horisontell och vinkelrät ot väggen. I ett koordintsste där boen är - el och z-eln vertikl uppåt gäller tt koordintern för B är, 0, ) och koordintern för C är 2,0, /4). I änden A är en vikt ed ssn 3 upphängd. Beräkn spänningrn i linorn och boens krft på kulleden. z C /4 2 B R S AB S AC A 3 Figur : Ssteet i Uppgift. De tre sökt krftern är utritde. Föruto dess verkr tngdkrften g i boens sscentru och tngdkrften 3g i A. Lösning : Trådrn går från r A = 0,,0) till r B =,0, ) respektive r C = 2,0, /4). Det betder tt spännkrftern i trådrn kn skrivs, r B r A ) S AB e AB = S AB r B r A = S,, ),, ) AB = S AB, ) 3 2 3 S AC e AC = S AC r C r A ) r C r A = S AC 2,, /4) 9/4 8, 4, ) = S AC. 2) 9 Krftjävikt kräver tt, R + 4g + S AB e AB + S AC e AC = 0, där g = g e z, vilket ger koponentekvtionern, ) : R + S AB / 3 8S AC /9 = 0, 3) ) : R S AB / 3 4S AC /9 = 0, 4) z) : R z 4g + S AB / 3 + S AC /9 = 0. 5) Moeentjävikt..p. A, M A = e ) g/2)e z + R) = 0, ger två ekvtioner: M A : g/2 R z = 0, 6) M Az : R = 0, 7) Dess ekvtioner ger tt Svr: Spännkrftbeloppen är S AB = 28 3g/9 och S AC = 7g/2 och boens krft på kulleden är R = g0, 4/3, /2).

Uppgift 2: En n ed ssn hänger i ett rep just över itten v en horisontell kvdrtisk pltt onterd på fr likdn fjädrr, en i vrt och ett v hörnen. Fjädrrns stvhet är k. Plttn och fjädrrn hr försubr ss jäfört ed nnen. Mnnen tppr nu tget o repet. Vilken il norlkrft från plttn utsätts nnen för? - 4k k k g Figur 2: Till vänster begnnelsesitutionen i Uppgift 2. Krfter verkr endst i den vertikl riktningen. Till höger hr nnen koit till negtiv -värden. Där verkr tngdkrft och fjäderkrft i de riktningr so viss till höger i figuren. Lösning 2: Mn kn nvänd energins bevrnde eller rörelseekvtionen. Energin är: 2 ẋ2 + 2 4k)2 + g = E, efterso det är fr fjädrr ed k prllellkopplde. Begnnelsevärden när nnen just släppt repet är = 0, ẋ = 0, så tt E = 0. Norlkrften är krften från plttn N) = 4k för < 0) och den är störst när når sitt störst värde. Dett sker vid vändläget där ẋ = 0, igen. Ekvtionen för vändlägen är lltså i dett fll: 2 4k)2 + g = 0. Dett ger tt vändlägen finns vid = 0 och = g/2k). Det senre värdet ger il norlkrft, N = 4k[ g/2k)], d.v.s. Svr: N = 2g

Uppgift 3: En rk horisontell stång är fäst på en rk vertikl stång so kn roter kring vertiklen ed försubrt friktionsoent. När nordningen roterr ed en vinkelhstighet ω hr den rörelseängdsoent H 0z = 2 ω. Det betder tt den hr tröghetsoent I 0z = 2. Nu onters två kulor, vrder ed ss, på tvärstången. De kn glid längs stången en hålls båd på plts ed trådr på vståndet d från rottionseln. Anordningen, ed kulorn, ges nu vinkelhstigheten ω. Geno tt dr i trådrn insks vståndet till d/3 och fiers där. Vd blir den n vinkelhstigheten ω 2? Vd blir ändringen i kinetisk energi? z d d Figur 3: Bild till Uppgift 3 Lösning 3: Rörelseängdsoentet, H z,..p. z-eln, är bevrt. När kulorn är på vståndet d från rottionseln är rörelseängdsoentet, H z = 2 ω + 2d 2 ω = 2 + 2d 2 )ω. Kulorn drs sedn in ot rottionseln utn tt något ttre oent verkr på ssteet. Rörelseängdsoentet när de stnnt vid d/3 ges nu v, Sätter n dess lik kn n lös ut tt : H z = 2 ω 2 + 2d/3) 2 ω 2 = 2 + 2d 2 /9)ω 2. Svr : ω 2 = 2 + 2d 2 ) 2 + 2d 2 /9) ω. Kinetisk energin för en roternde stel kropp ges v T = 2 I zω 2. I dett fll är och T = 2 2 + 2d 2 )ω 2 T 2 = 2 2 + 2d 2 /9)ω 2 2 = 2 2 + 2d 2 /9) 2 + 2d 2 ) 2 ) 2 + 2d 2 /9) ω = 2 2 + 2d 2 ) 2 2 + 2d 2 /9) ω2. Mn får då tt ökningen i kinetisk energi, d.v.s. rbetet so uträttts när trådrn drog in kulorn, är: Svr 2: T 2 T = 2 2 + 2d 2 ) 6d 2 2 + 2d 2 /9) 9 ω2.

Uppgift 4: En prtikel ed ssn rör på ett gltt horisontlpln under inverkn v en centrlkrft vrs potentiell energi ges v V r) = 2 kr2. Vid tiden t = 0 är läget r0) = 2e och hstigheten v0) = ω e, där ω 2 = k/. Beräkn störst och inst vståndet från rigo i den fortstt rörelsen. v0) 2 r0) Figur 4: Begnnelsevärden för prtikelns läge och hstighet viss. Dessuto viss den verklig bnn. Mn ser tt svren blir r in =, och r = 2. Lösning 4: Energin och rörelseängdsoentets z-koponent är bevrde. Med hjälp v begnnelsevärden får vi tt dess hr värden: E = 2 v2 0)+ 2 kr2 0) = 2 2 ω 2 + 2 k2)2 = 2 [2 ω 2 +k/)4 2 ] = 2 [2 ω 2 +ω 2 4 2 ] = 5 2 2 ω 2 och Clinderkoordinter ger också tt H = r0) v0) = 2 2 ω e z = H z e z. E = 2 ṙ2 + r 2 θ2 ) + 2 kr2 = 2 ṙ2 + r 2 θ2 + ω 2 r 2 ) och tt H z = r 2 θ. Då Hz = 2 2 ω fås genst tt. Kobiners dett ed energin fås, E/ = 2 θ = 2/r) 2 ω ṙ 2 + 44 ω 2 ) r 2 + ω 2 r 2 = 5 2 2 ω 2. Vid störst och inst r-värden är ṙ = 0. Mn får lltså ekvtionen 4 4 ω 2 2 + ω r 2 r 2) = 5 2 2 2 ω 2 för dess r-värden. Multiplicers denn ed r 2 erhålls en ndrgrdsekvtion i r 2. Den hr röttern r 2 = 5 2 2) ± 3 2. Således fås Svren: r in =, och r = 2.

Teoritenten Uppgift 5: Ange den fsiklisk diensionen M α L β T γ, d.v.s. ge värden på α, β och γ, för följnde eknisk storheter: ) Accelertion, b) Arbete U, c) Rörelseängdsoent H z, d) Krftoent M z, e) Fjäderkonstnt stvhet) k, f) Tröghetsoent I z. Svr: ) Accelertion α = 0, β =, γ = 2, b) Arbete α =, β = 2, γ = 2, c) Rörelseängdsoent α =, β = 2, γ =, d) Krftoent α =, β = 2, γ = 2, e) Fjäderkonstnt stvhet) α =, β = 0, γ = 2, f) Tröghetsoent α =, β = 2, γ = 0. Uppgift 6: Härled d.v.s. bevis ed en räkning) uttrcket för ccelertionen i clinderkooordinter. Det skll vr vektorstreck på vektorer. Svr: Se boken. Resulttet skll vr = r r θ 2 )e r + r θ + 2ṙ θ)e θ + z e z. Uppgift 7: Utgå från definitionen v rörelseängdsoent H och krftoent M st Newtons ndr lg krftekvtionen) och vis tt Ḣ = M gäller för en prtikel). Det skll vr vektorstreck på vektorer. Svr: Se Nbergs teoribok sidn 244. Uppgift 8: En stel kropp roterr kring en fi z-el. Kroppen hr tröghetsoentet I z och vinkelhstigheten θ. Skriv upp dess rörelseängdsoent H z och dess kinetisk energi T. Antg tt kroppens vinkelccelertion är θ. Ge ett uttrck för krftoentet M z på kroppen. Svr: H z = I z θ, T = 2 I z θ 2, M z = I z θ. HE 2008 05 20