Szybkość kątowa i liniowa, r-nia ruchu, tarcie etc.
Otrzymałeś(aś) rozwiązanie do zamieszczonego zadania? - podziękuj autorowi rozwiązania! Kliknij
- kaskada
- Czasem tu bywam
- Posty: 143
- Rejestracja: 21 lut 2013, 10:27
- Podziękowania: 313 razy
- Otrzymane podziękowania: 2 razy
- Płeć:
Szybkość kątowa i liniowa, r-nia ruchu, tarcie etc.
1) Wskazówka godzinowa jest o \(\frac{1}{3}\) krótsza od wskazówki minutowej. Oblicz, jak się mają do siebie:
a) szybkości kątowe wskazówek zegara \((w_m:w_g)\),
\(\frac{w_m}{w_g} = \frac{60}{ \frac{1}{12} } = 720\) podczas gdy w odpowiedziach jest \(12:1\)
b) ich szybkości liniowe \((v_m:v_g)\)
\(\frac{v_m}{v_g} = \frac{w_rr_m}{w_gr_g} = \frac{3}{2} \cdot 720 = 1080\) podczas gdy w odpowiedziach jest \(18:1\)
Gdzie są błędy?
2) Pierwsze ciało wyrzucono z powierzchni ziemi pionowo w górę z prędkością o wartości 20 m/s. Równocześnie z wysokości H, na którą to ciało się wzniesie, zaczyna spadać swobodnie drugie ciało. Rozmiary obu ciał pomijamy.
a) Napisz kinematyczne równania ruchu dla obu ciał: \(y_1(t)\), \(y_2(t)\), \(y_{y1}(t)\), \(v_{y2}(t)\); oś x jest zwrócona w górę, a jej punkt zerowy znajduje się na powierzchni ziemi.
Na podstawie napisanych równań oblicz:
b) czas, po którym spotkają się te ciała;
c) wysokość, na której to nastąpi;
d) prędkość względną ciała 1. względem ciała 2. (tzn. oblicz jej wartość i podaj kierunek i zwrot) tuż przed spotkaniem.
e) zbadaj, czy obliczona prędkość względna zależy od czasu.
Powinno wyjść: \(b) t = 1 s\); \(c) y = 15 m\); \(d) v_{wzgl} = v_0 = 20 \frac{m}{s}\)
3) Dwa jednakowe klocki o masach \(m = 0,2 kg\) każdy połączono linką przerzuconą przez nieruchomy bloczek, umocowany na szczycie równi pochyłej (masę bloczka i linki pomijamy). Między klockiem leżącym na równi a jej powierzchnią występuje tarcie. Gdy kąt nachylenia równi do poziomu jest równy \(30^ \circ\), klocek wiszący na lince opada w dół z przyspieszeniem o wartości \(1 \frac{m}{s^2}\).
a) Oblicz współczynnik tarcia kinetycznego klocka po powierzchni równi.
b) Zbadaj, jak zachowa się układ klocków, gdy kąt nachylenia równi zwiększymy do \(60^ \circ\). Jeśli układ będzie się poruszał ruchem jednostajnym, podaj zwrot prędkości; jeśli będzie spoczywał, oblicz wartość siły tarcia i podaj jej zwrot; jeśli będzie poruszał się ruchem przyspieszonym, oblicz wartość przyspieszenia i podaj jego zwrot. Powinno wyjść: a) \(f \approx 0,23\)
4) Uczeń stoi na brzegu obracającej się platformy w ogrodzi doświadczeń. Współczynnik tarcia statycznego butów o platformę wynosi \(0,6\). Średnicy platformy jest równa \(1,2 m\). Z jaką maksymalną częstotliwością może obracać się platforma, aby uczeń z niej nie spadł? Powinno wyjść: \(v\approx 0,5 Hz\)
5) U podnóża równi umieszczono wózek o masie \(1 kg\). Oblicz, jak wysoko w czasie \(1 s\) wjedzie wózek na równię, jeżeli poruszała się ona w tym czasie ruchem jednostajnie przyspieszonym z przyspieszeniem o wartości \(7 \frac{m}{s^2}\), tak jak pokazano na rysunku. Pomiń tarcie kółek wózka o równię. Powinno wyjść: \(h\approx 27 cm\)
a) szybkości kątowe wskazówek zegara \((w_m:w_g)\),
\(\frac{w_m}{w_g} = \frac{60}{ \frac{1}{12} } = 720\) podczas gdy w odpowiedziach jest \(12:1\)
b) ich szybkości liniowe \((v_m:v_g)\)
\(\frac{v_m}{v_g} = \frac{w_rr_m}{w_gr_g} = \frac{3}{2} \cdot 720 = 1080\) podczas gdy w odpowiedziach jest \(18:1\)
Gdzie są błędy?
2) Pierwsze ciało wyrzucono z powierzchni ziemi pionowo w górę z prędkością o wartości 20 m/s. Równocześnie z wysokości H, na którą to ciało się wzniesie, zaczyna spadać swobodnie drugie ciało. Rozmiary obu ciał pomijamy.
a) Napisz kinematyczne równania ruchu dla obu ciał: \(y_1(t)\), \(y_2(t)\), \(y_{y1}(t)\), \(v_{y2}(t)\); oś x jest zwrócona w górę, a jej punkt zerowy znajduje się na powierzchni ziemi.
Na podstawie napisanych równań oblicz:
b) czas, po którym spotkają się te ciała;
c) wysokość, na której to nastąpi;
d) prędkość względną ciała 1. względem ciała 2. (tzn. oblicz jej wartość i podaj kierunek i zwrot) tuż przed spotkaniem.
e) zbadaj, czy obliczona prędkość względna zależy od czasu.
Powinno wyjść: \(b) t = 1 s\); \(c) y = 15 m\); \(d) v_{wzgl} = v_0 = 20 \frac{m}{s}\)
3) Dwa jednakowe klocki o masach \(m = 0,2 kg\) każdy połączono linką przerzuconą przez nieruchomy bloczek, umocowany na szczycie równi pochyłej (masę bloczka i linki pomijamy). Między klockiem leżącym na równi a jej powierzchnią występuje tarcie. Gdy kąt nachylenia równi do poziomu jest równy \(30^ \circ\), klocek wiszący na lince opada w dół z przyspieszeniem o wartości \(1 \frac{m}{s^2}\).
a) Oblicz współczynnik tarcia kinetycznego klocka po powierzchni równi.
b) Zbadaj, jak zachowa się układ klocków, gdy kąt nachylenia równi zwiększymy do \(60^ \circ\). Jeśli układ będzie się poruszał ruchem jednostajnym, podaj zwrot prędkości; jeśli będzie spoczywał, oblicz wartość siły tarcia i podaj jej zwrot; jeśli będzie poruszał się ruchem przyspieszonym, oblicz wartość przyspieszenia i podaj jego zwrot. Powinno wyjść: a) \(f \approx 0,23\)
4) Uczeń stoi na brzegu obracającej się platformy w ogrodzi doświadczeń. Współczynnik tarcia statycznego butów o platformę wynosi \(0,6\). Średnicy platformy jest równa \(1,2 m\). Z jaką maksymalną częstotliwością może obracać się platforma, aby uczeń z niej nie spadł? Powinno wyjść: \(v\approx 0,5 Hz\)
5) U podnóża równi umieszczono wózek o masie \(1 kg\). Oblicz, jak wysoko w czasie \(1 s\) wjedzie wózek na równię, jeżeli poruszała się ona w tym czasie ruchem jednostajnie przyspieszonym z przyspieszeniem o wartości \(7 \frac{m}{s^2}\), tak jak pokazano na rysunku. Pomiń tarcie kółek wózka o równię. Powinno wyjść: \(h\approx 27 cm\)
-
- Stały bywalec
- Posty: 501
- Rejestracja: 15 sie 2012, 21:03
- Podziękowania: 12 razy
- Otrzymane podziękowania: 275 razy
Re: Szybkość kątowa i liniowa, r-nia ruchu, tarcie etc.
2a
\(y_1=v_0t- \frac{gt^2}{2} \\
y_2= \frac{gt^2}{2}\\
y_{y1}=y_1=v_0t- \frac{gt^2}{2}\)
\(y_{y2}=H- \frac{gt^2}{2}\;\) gdzie \(\; H= \frac{v_0^2}{2g}\)
mam nadzieję, że dobrze interpretuję te igreki, sądzę że\(y\) to droga a \(y_y\;\) to współrzędna położenia
b)
aby ciała spotkały się ich współrzędne muszą być równe
\(v_0t_s- \frac{gt^2_s}{2}=\frac{v_0^2}{2g}-\frac{gt^2_s}{2}\\
t_s= \frac{v_0}{2g}\)
c)
\(h_s=v_0t_s- \frac{gt_s^2}{2}\)
d)
\(v_1=v_0-gt \qquad v_2=gt\)
wartość prędkości \(v_{wzgl}=v_0-gt_s+gt_s=v_0=20m/s\) (jest ona niezależna od czasu)
kierunek pionowy, zwrot w górę
(gdyby miała być prędkość względna 2 względem 1 zwrot byłby w dół)
mam nadzieję, że wszystko jest ok
\(y_1=v_0t- \frac{gt^2}{2} \\
y_2= \frac{gt^2}{2}\\
y_{y1}=y_1=v_0t- \frac{gt^2}{2}\)
\(y_{y2}=H- \frac{gt^2}{2}\;\) gdzie \(\; H= \frac{v_0^2}{2g}\)
mam nadzieję, że dobrze interpretuję te igreki, sądzę że\(y\) to droga a \(y_y\;\) to współrzędna położenia
b)
aby ciała spotkały się ich współrzędne muszą być równe
\(v_0t_s- \frac{gt^2_s}{2}=\frac{v_0^2}{2g}-\frac{gt^2_s}{2}\\
t_s= \frac{v_0}{2g}\)
c)
\(h_s=v_0t_s- \frac{gt_s^2}{2}\)
d)
\(v_1=v_0-gt \qquad v_2=gt\)
wartość prędkości \(v_{wzgl}=v_0-gt_s+gt_s=v_0=20m/s\) (jest ona niezależna od czasu)
kierunek pionowy, zwrot w górę
(gdyby miała być prędkość względna 2 względem 1 zwrot byłby w dół)
mam nadzieję, że wszystko jest ok
- kaskada
- Czasem tu bywam
- Posty: 143
- Rejestracja: 21 lut 2013, 10:27
- Podziękowania: 313 razy
- Otrzymane podziękowania: 2 razy
- Płeć:
Re: Szybkość kątowa i liniowa, r-nia ruchu, tarcie etc.
Niestety coś źle wychodzi z drugim zadaniem
b) \(t_s = \frac{v_0}{2g} = \frac{20}{2 \cdot 10} = 1\) (powinno wyjść 0,5 s)
c) \(hg = v_0t_s - \frac{gt_s^2}{2} = 20 \cdot 1 - \frac{10 \cdot 1}{2} = 20 - 5 = 15\) (powinno wyjść y = 8,75 m)
d) \(v_{wzgl} = v_0 = 20 \frac{m}{s}\) (powinno wyjść \(2v_0 = 40 \frac{m}{s}\).
Gdzie wkradły się błędy?
b) \(t_s = \frac{v_0}{2g} = \frac{20}{2 \cdot 10} = 1\) (powinno wyjść 0,5 s)
c) \(hg = v_0t_s - \frac{gt_s^2}{2} = 20 \cdot 1 - \frac{10 \cdot 1}{2} = 20 - 5 = 15\) (powinno wyjść y = 8,75 m)
d) \(v_{wzgl} = v_0 = 20 \frac{m}{s}\) (powinno wyjść \(2v_0 = 40 \frac{m}{s}\).
Gdzie wkradły się błędy?
-
- Stały bywalec
- Posty: 501
- Rejestracja: 15 sie 2012, 21:03
- Podziękowania: 12 razy
- Otrzymane podziękowania: 275 razy
Re: Szybkość kątowa i liniowa, r-nia ruchu, tarcie etc.
W kierunku poziomym na ucznia działają dwie siły: odśrodkowa siła bezwładności oraz siła tarcia
aby uczeń nie spadł z platformy musi być spełniony warunek
\(F_{odb} \le T\\
\frac{mv^2}{r} \le f \cdot mg\\
\frac{v^2}{r} \le f \cdot g\\
\frac{4 \pi ^2r^2\nu}{r} \le f \cdot g\\
\nu \le \sqrt{\frac{f \cdot g}{4 \pi ^2r}}\\
\nu \le \sqrt{\frac{f \cdot g}{2 \pi ^2d}}\)
aby uczeń nie spadł z platformy musi być spełniony warunek
\(F_{odb} \le T\\
\frac{mv^2}{r} \le f \cdot mg\\
\frac{v^2}{r} \le f \cdot g\\
\frac{4 \pi ^2r^2\nu}{r} \le f \cdot g\\
\nu \le \sqrt{\frac{f \cdot g}{4 \pi ^2r}}\\
\nu \le \sqrt{\frac{f \cdot g}{2 \pi ^2d}}\)
-
- Stały bywalec
- Posty: 501
- Rejestracja: 15 sie 2012, 21:03
- Podziękowania: 12 razy
- Otrzymane podziękowania: 275 razy
Re: Szybkość kątowa i liniowa, r-nia ruchu, tarcie etc.
5
Na wózek działają dwie siły: siła ciężkości oraz siła bezwładności spowodowana przez przyspieszenie \(a_u\) o zwrocie przeciwnym do tego przyspieszenia \(F_b=ma_u\)
Na rysunku zaczep obie siły w środku ciężkości wózka
Siły te rozkładamy na składowe prostopadle i równoległe do równi
Ponieważ składowe prostopadłe pozwalają policzyć siły tarcia nie będą tu potrzebne
Wypadkowa sił równoległych do równi nadaje wózkowi przyspieszenie \(a\)
\(ma_ucos \alpha -mgsin \alpha =ma\\
a=a_ucos \alpha -gsin \alpha\\
l= \frac{at^2}{2}\; \Rightarrow \; \frac{h}{sin \alpha} = \frac{(a_ucos \alpha -gsin \alpha)t^2}{2}\\
h= \frac{(a_ucos \alpha -gsin \alpha)t^2 \cdot sin \alpha}{2}\)
Na wózek działają dwie siły: siła ciężkości oraz siła bezwładności spowodowana przez przyspieszenie \(a_u\) o zwrocie przeciwnym do tego przyspieszenia \(F_b=ma_u\)
Na rysunku zaczep obie siły w środku ciężkości wózka
Siły te rozkładamy na składowe prostopadle i równoległe do równi
Ponieważ składowe prostopadłe pozwalają policzyć siły tarcia nie będą tu potrzebne
Wypadkowa sił równoległych do równi nadaje wózkowi przyspieszenie \(a\)
\(ma_ucos \alpha -mgsin \alpha =ma\\
a=a_ucos \alpha -gsin \alpha\\
l= \frac{at^2}{2}\; \Rightarrow \; \frac{h}{sin \alpha} = \frac{(a_ucos \alpha -gsin \alpha)t^2}{2}\\
h= \frac{(a_ucos \alpha -gsin \alpha)t^2 \cdot sin \alpha}{2}\)
- kaskada
- Czasem tu bywam
- Posty: 143
- Rejestracja: 21 lut 2013, 10:27
- Podziękowania: 313 razy
- Otrzymane podziękowania: 2 razy
- Płeć:
Re: Szybkość kątowa i liniowa, r-nia ruchu, tarcie etc.
Nie, przepraszam! Na drugi raz 3 razy sprawdzę odpowiedź. Powinno wyjść w podpunkcie a) \(f\approx0,35\).
Mam nadzieję, że teraz będzie ok
Mam nadzieję, że teraz będzie ok
-
- Stały bywalec
- Posty: 501
- Rejestracja: 15 sie 2012, 21:03
- Podziękowania: 12 razy
- Otrzymane podziękowania: 275 razy
Re: Szybkość kątowa i liniowa, r-nia ruchu, tarcie etc.
3
a)
układamy równania ruchu dla każdego klocka
\(\{ mg-N=ma\\
N-mgsin \alpha -fmgcos \alpha =ma\)
(*) \(g(1-sin \alpha -fcos \alpha )=2a\)
\(f=1-sin \alpha - \frac{2a}{g}\\
f=0,35\)
b)
sprawdźmy co będzie sie działo gdy \(\alpha =60^0\)
wiadomo już jakie jest f
gdybyśmy przyjęli, że klocki będą się poruszać jak w pkt. a) to z równania (*) otrzymalibyśmy ujemne \(a\)
\(1-sin \alpha -fcos \alpha =1-sin60^0-0,35cos60^0<0\)
ponieważ klocki nie mogą poruszać się w drugą stronę (klocki mają równą masę, a składowa ciężkości klocka na równi jest zawsze mniejsza niż mg ) więc przyspieszenie musi przyjąć najmniejszą możliwą wartość czyli zero.
Ponieważ maksymalny współczynnik tarcia statycznego jest większy niż tarcia kinetycznego to maksymalna siła tarcia statycznego napewno nie jest mniejsza niż \(0,35 \cdot 0,2kg \cdot 10m/s^2 \cdot \cos 60^0=0,35N\)
Na klocek na równi działa siła wypadkowa (od sił czynnych) równa
\(mg-mg \sin \alpha = 0,27N<0,35N\)
Siła tarcia statycznego jest równa wypadkowej sił i ma przeciwny zwrot (czyli ku dołowi)
a)
układamy równania ruchu dla każdego klocka
\(\{ mg-N=ma\\
N-mgsin \alpha -fmgcos \alpha =ma\)
(*) \(g(1-sin \alpha -fcos \alpha )=2a\)
\(f=1-sin \alpha - \frac{2a}{g}\\
f=0,35\)
b)
sprawdźmy co będzie sie działo gdy \(\alpha =60^0\)
wiadomo już jakie jest f
gdybyśmy przyjęli, że klocki będą się poruszać jak w pkt. a) to z równania (*) otrzymalibyśmy ujemne \(a\)
\(1-sin \alpha -fcos \alpha =1-sin60^0-0,35cos60^0<0\)
ponieważ klocki nie mogą poruszać się w drugą stronę (klocki mają równą masę, a składowa ciężkości klocka na równi jest zawsze mniejsza niż mg ) więc przyspieszenie musi przyjąć najmniejszą możliwą wartość czyli zero.
Ponieważ maksymalny współczynnik tarcia statycznego jest większy niż tarcia kinetycznego to maksymalna siła tarcia statycznego napewno nie jest mniejsza niż \(0,35 \cdot 0,2kg \cdot 10m/s^2 \cdot \cos 60^0=0,35N\)
Na klocek na równi działa siła wypadkowa (od sił czynnych) równa
\(mg-mg \sin \alpha = 0,27N<0,35N\)
Siła tarcia statycznego jest równa wypadkowej sił i ma przeciwny zwrot (czyli ku dołowi)
Re: Szybkość kątowa i liniowa, r-nia ruchu, tarcie etc.
3 zad. ostatnie zdania - czemu sila wypadkowa= mg- Frównoległa(mgsinA) to siła skierowana równolegle (jak rozumiem, bo tarcie jest o przeciwnym zwrocie); czemu siła wypadkowa to mg - mgsina? nie ma tam jeszcze siły tarcia i siły prostopadłej? Rozumiem, że żeby ciało stało to siła tarcia = sile wypadkowej, ale co z ta Fwyp.? z góry dzięki za odpowiedź
-
- Expert
- Posty: 6268
- Rejestracja: 04 lip 2014, 14:55
- Podziękowania: 83 razy
- Otrzymane podziękowania: 1523 razy
- Płeć:
Re: Szybkość kątowa i liniowa, r-nia ruchu, tarcie etc.
\(F_w = mg - mg\sin\alpha -\mu mg\cos\alpha\)
ef39 dobrze to zapisał tylko za pomocą 2 r-ń w przeciwieństwie do kaskady
ef39 dobrze to zapisał tylko za pomocą 2 r-ń w przeciwieństwie do kaskady
Pomoc w rozwiązywaniu zadań z fizyki, opracowanie statystyczne wyników "laborek", przygotowanie do klasówki, kolokwium, matury z matematyki i fizyki itd.
mailto: korki_fizyka@tlen.pl
mailto: korki_fizyka@tlen.pl
Re: Szybkość kątowa i liniowa, r-nia ruchu, tarcie etc.
ok, ale czy mógłbyś napisać czemu od mg to odejmujemy, jesli nie jest to sila skierowana w górę równi?