Pokyny pro písemné vypracování úloh

Podobné dokumenty
Příklad 5.3. v 1. u 1 u 2. v 2

Zadání programu z předmětu Dynamika I pro posluchače kombinovaného studia v Ostravě a Uherském Brodu vyučuje Ing. Zdeněk Poruba, Ph.D.

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

Počty testových úloh

Příklady z teoretické mechaniky pro domácí počítání

Fyzika 1 - rámcové příklady Kinematika a dynamika hmotného bodu, gravitační pole

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P03 MECHANIKA TUHÝCH TĚLES

Základní pojmy Rovnoměrný přímočarý pohyb Rovnoměrně zrychlený přímočarý pohyb Rovnoměrný pohyb po kružnici

7. Gravitační pole a pohyb těles v něm

Vyřešením pohybových rovnic s těmito počátečními podmínkami dostáváme trajektorii. x = v 0 t cos α (1) y = h + v 0 t sin α 1 2 gt2 (2)

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

KINEMATIKA HMOTNÉHO BODU. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

Hmotný bod - model (modelové těleso), který je na dané rozlišovací úrovni přiřazen reálnému objektu (součástce, části stroje);

BIOMECHANIKA. Studijní program, obor: Tělesná výchovy a sport Vyučující: PhDr. Martin Škopek, Ph.D.

Mechanika - kinematika

Příklady: 7., 8. Práce a energie

Projekt ŠABLONY NA GVM registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ III-2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Dynamika. Dynamis = řecké slovo síla

Obr. 9.1 Kontakt pohyblivé části s povrchem. Tomuto meznímu stavu za klidu odpovídá maximální síla, která se nezývá adhezní síla,. , = (9.

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

III. Dynamika hmotného bodu

BIOMECHANIKA. 9, Energetický aspekt pohybu člověka. (Práce, energie pohybu člověka, práce pohybu člověka, zákon zachování mechanické energie, výkon)

BIOMECHANIKA DYNAMIKA NEWTONOVY POHYBOVÉ ZÁKONY, VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ SÍLY ČASOVÝ A DRÁHOVÝ ÚČINEK SÍLY

TUHÉ TĚLESO. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 1. ročník - Mechanika

Okamžitý výkon P. Potenciální energie E p (x, y, z) E = x E = E = y. F y. F x. F z

Rychlost, zrychlení, tíhové zrychlení

Pokyny k řešení didaktického testu - Dynamika

Testovací příklady MEC2

[GRAVITAČNÍ POLE] Gravitace Gravitace je všeobecná vlastnost těles.

Kinematika. Tabulka 1: Derivace a integrály elementárních funkcí. Funkce Derivace Integrál konst 0 konst x x n n x n 1 x n 1.

7. Na těleso o hmotnosti 10 kg působí v jednom bodě dvě navzájem kolmé síly o velikostech 3 N a 4 N. Určete zrychlení tělesa. i.

Projekt ŠABLONY NA GVM registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ III-2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Úlohy pro samostatnou práci k Úvodu do fyziky pro kombinované studium

Projekt ŠABLONY NA GVM registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ III-2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

1 Rozdělení mechaniky a její náplň

Dynamika hmotného bodu

Řešení úloh 1. kola 60. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autor úloh: J. Jírů. = 30 s.

Přípravný kurz z fyziky na DFJP UPa

PRÁCE, VÝKON, ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 1. ročník - Mechanika

Práce, energie a další mechanické veličiny

MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

3.1. Newtonovy zákony jsou základní zákony klasické (Newtonovy) mechaniky

Obsah. 2 Moment síly Dvojice sil Rozklad sil 4. 6 Rovnováha 5. 7 Kinetická energie tuhého tělesa 6. 8 Jednoduché stroje 8

Mechanika tuhého tělesa

2. Mechanika - kinematika

FYZIKA I cvičení, FMT 2. POHYB LÁTKY

VIDEOSBÍRKA ENERGIE A HYBNOST

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P02 DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU

1 Tuhé těleso a jeho pohyb

mechanická práce W Studentovo minimum GNB Mechanická práce a energie skalární veličina a) síla rovnoběžná s vektorem posunutí F s

Digitální učební materiál

Dynamika. Síla a její účinky na těleso Newtonovy pohybové zákony Tíhová síla, tíha tělesa a síly brzdící pohyb Dostředivá a odstředivá síla

Pohyby tuhého tělesa Moment síly vzhledem k ose otáčení Skládání a rozkládání sil Dvojice sil, Těžiště, Rovnovážné polohy tělesa

Fyzikální učebna vybavená audiovizuální technikou, fyzikální pomůcky

6. MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

6 DYNAMIKA SOUSTAVY HMOTNÝCH BODŮ

Theory Česky (Czech Republic)

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

FYZIKA I. Gravitační pole. Prof. RNDr. Vilém Mádr, CSc. Prof. Ing. Libor Hlaváč, Ph.D. Doc. Ing. Irena Hlaváčová, Ph.D. Mgr. Art.

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově

TŘENÍ A PASIVNÍ ODPORY

Laboratorní práce č. 3: Měření součinitele smykového tření

GRAVITAČNÍ POLE. Všechna tělesa jsou přitahována k Zemi, příčinou tohoto je jevu je mezi tělesem a Zemí

KINEMATIKA I FYZIKÁLNÍ VELIČINY A JEDNOTKY

Fyzika 2 - rámcové příklady Magnetické pole - síla na vodič, moment na smyčku

Soubor úloh k Mechanice (komb. studium)

(2) 2 b. (2) Řešení. 4. Platí: m = Ep

Dynamika vázaných soustav těles

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Řešení úloh krajského kola 60. ročníku fyzikální olympiády Kategorie A Autoři úloh: J. Thomas (1, 2, 3), V. Vícha (4)

17. Střela hmotnosti 20 g zasáhne rychlostí 400 ms -1 strom. Do jaké hloubky pronikne, je-li průměrný odpor dřeva R = 10 4 N?

Druhy a charakteristika základních pasivních odporů Určeno pro první ročník strojírenství M/01 Vytvořeno listopad 2012

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P01 KINEMATIKA HMOTNÉHO BODU

Určete velikost zrychlení, kterým se budou tělesa pohybovat. Vliv kladky zanedbejte.

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ TĚŽIŠTĚ

1) Jakou práci vykonáme při vytahování hřebíku délky 6 cm, působíme-li na něj průměrnou silou 120 N?

3 Mechanická energie Kinetická energie Potenciální energie Zákon zachování mechanické energie... 9

5. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

1. a) Určete parciální derivace prvního řádu funkce z = z(x, y) dané rovnicí z 3 3xy 8 = 0 v

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2017 Studijní program: Fyzika Studijní obory: FFUM

Zavedeme-li souřadnicový systém {0, x, y, z}, pak můžeme křivku definovat pomocí vektorové funkce.

Digitální učební materiál

2. Dynamika hmotného bodu

1. Dva dlouhé přímé rovnoběžné vodiče vzdálené od sebe 0,75 cm leží kolmo k rovine obrázku 1. Vodičem 1 protéká proud o velikosti 6,5A směrem od nás.

Digitální učební materiál

m.s se souřadnými osami x, y, z? =(0, 6, 12) N. Určete, jak velký úhel spolu svírají a jakou velikost má jejich výslednice.

Kinematika hmotného bodu

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek v letech

Ze vztahu pro mechanickou práci vyjádřete fyzikální rozměr odvozené jednotky J (joule).

4. Práce, výkon, energie a vrhy

BIOMECHANIKA. 7, Disipativní síly I. (Statické veličiny, smyková třecí síla, nakloněná rovina, odporová síla)

Připravil: Roman Pavlačka, Markéta Sekaninová Dynamika, Newtonovy zákony

1. Přímka a její části

Mechanika II.A Třetí domácí úkol

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

Obsah. Kmitavý pohyb. 2 Kinematika kmitavého pohybu 2. 4 Dynamika kmitavého pohybu 7. 5 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru 9

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově

Transkript:

ZADÁNÍ ÚLOH PRO KONZULTAČNÍ CVIČENÍ Z MECHANIKY F1030 Pokyny pro písemné vypracování úloh Pište čitelně, jasně a stručně. Prostě tak, aby řešení byli schopni pochopit Vaše kamarádky, kamarádi a zejména opravovatelé a konzultanti, kteří rozhodují o tom, zda bude řešení přijato. Součástí vypracovaného řešení by měl být diagram, graf a/nebo obrázek. Při opravování bude uplatňováno tzv. minutové pravidlo, které zní: Pokud opravovatel či konzultant do minuty není schopen přijít na to, jakým způsobem úlohu řešíte, bude Vám tato vrácena. Při řešení úloh můžete mimo konzultační cvičení spolupracovat, každý ze spolupracujících musí být ovšem schopen vysvětlit celý postup řešení. Řešení vždy vypracujte výpočtem, jež obsahuje proměnné. Případné zadané číselné hodnoty dosazujte až na závěr. Takto spočtené číselné výsledky je třeba správně zaokrouhlit. Konzultační cvičení 1 Kinematika Úloha 1. Zábavný návrat ze zábavy. Manželé Lenka a Jindřich se vracejí pozdě večer ze zábavy v místě A do domova v místě B, vzdálenost těchto míst je 5 km. Naštěstí je cesta rovná a měsíc v úplňku svítí. Mají s sebou (jen) jedno jízdní kolo. Protože je Jindřich bud kavalír, nebo se obává, že by jej sousedé pomluvili, neudělá obvyklou věc, že by sám jel domů na kole a manželka by si udělala procházku. Domluví se proto takto: J vyrazí na kole, L pěšky. Jakmile mezi nimi bude dohodnutá vzdálenost d, cyklista J položí kolo u cesty a dál pokračuje pěšky. Pěšec L dojde ke kolu a pokračuje v jízdě až do okamžiku, kdy dohoní pěšího J. Celý cyklus se opakuje až do chvíle, kdy se oba setkají doma. Rychlost cyklisty má velikost 15 km/h, rychlost chodce 5 km/h, at už se jedná o Lenku či Jindřicha. Určete, zda (a popřípadě kolik) času ušetří, než kdyby šli domů solidárně pěšky. Závisí výsledek na dohodnuté vzdálenosti d? Určete podmínky pro to, aby se po určitém počtu cyklů N (a tento počet určete) právě potkali doma. Úloha 2. Průměrná rychlost, průměrné zrychlení. Automobil (hmotný bod) letmo startuje v okamžiku t 1 do kopce rychlostí v 1 (t), obecně proměnnou, jejíž průměrná velikost je v 1. Stejnou cestou se okamžitě vrací do původního bodu rychlostí v 2 (t), jejíž průměrná velikost je v 2. Do původního bodu dorazí v okamžiku t 2. Spád trati automobilu u startu a cíle je p% (tangenta úhlu sklonu trati = 0,01p). Jsou-li zadány hodnoty v 1 (t 1 ) a v 2 (t 2, neznáme-li však konkrétní tvar funkcí v 1 (t) a v 2 (t), určete 1

a) průměrnou rychlost automobilu v časovém intervalu [t 1, t 2 ], b) průměrnou hodnotu velikosti rychlosti v tomto intervalu, c) průměrné zrychlení automobilu v tomto intervalu; jaké by bylo průměrné zrychlení v uvedeném intervalu, kdyby se automobil rozjížděl z klidu a na konci intervalu zastavil? V další části úlohy řešte obecnější situaci. Za předpokladu znalosti funkcí průběhu velikosti rychlosti v(t) v závislosti na čase v intervalu [t 1, t 2 ] zjistěte, pokud je to možné, d) průměrnou hodnotu velikosti tečného, normálového a celkového zrychlení automobilu v intervalu [t 1, t 2 ] a další informace týkající se časové závislosti tečného, normálového a celkového zrychlení, které lze na základě zadání funkce v(t) zjistit. Konkrétně vypočtěte pro případ, že velikost rychlosti se řídí grafem na obr. 1, přičemž t 1 = 0s a t 2 = 14s. (Jedná se o modelový graf. V bodech zlomu grafu je funkce v(t) sice spojitá, její derivace však není definována, takže situace v těchto bodech není realistická. Ve skutečnosti může být změna velikosti rychlosti sice rychlá, musí však proběhnout spojitě. Skutečný graf musí být hladký.) 12 8 4 1 v[ms ] 4 8 12 jízda nahoru obrátka jízda dolů t[s] OBR. 1 Velikost rychlosti automobilu jako funkce času Pokud některé části úlohy nelze na základě zadání vyřešit, specifikujte je a zdůvodněte. Úloha 3. Střelba. Projektil je vystřelen ze samohybné houfnice DANA pod úhlem α = 42 rychlostí o velikosti v 0 = 693 m/s. Tíhové pole Země považujeme za homogenní (tíhové zrychlení o velikosti g = 9,81m/s 2 ), odpor vzduchu zanedbáváme. Určete a) největší výšku nad vodorovným povrchem, do jaké projektil vystoupí, b) vzdálenost, do jaké projektil dopadne od paty děla, je-li výška ústí hlavně nad zemí h = 708 cm, c) velikost a směr rychlosti projektilu při dopadu, 2

d) velikost tečného a normálového zrychlení v místě výstřelu, e) velikost tečného a normálového zrychlení v nejvyšším bodě trajektorie, f) poloměr křivosti trajektorie v jejím nejvyšším bodě, g) po jaké kružnici (poloměr) by se musel projektil pohybovat rovnoměrným pohybem, aby velikost jeho rychlosti a zrychlení byly stejné jako jsou v nejvyšším bodě trajektorie vystřeleného projektilu. Úloha 4. Hodograf rychlosti. Střela je vystřelena v tíhovém poli Země rychlostí o velikosti v 0 pod úhlem α vzhledem k vodorovné rovině. Narýsujte křivku, kterou vytvoří koncové body vektorů rychlosti střely, umístíme-li jejich počáteční body do stejného počátku. Úloha 5. Ohňostroj. Rakety vystřelené při ohňostroji vytvářejí nádherné symetrické kulové útvary. Jak je to možné, když trajektorie raket jsou parabolické? Předpokládejte, že z odpalovacího zařízení vyletí všechny rakety ve stejný okamžik s počáteční rychlostí o stejné velikosti v 0 do různých směrů ležících v polorovině vymezené zemí. Určete, jakou plochu vytvoří (tj. na jaké ploše leží) rakety v pevně zvoleném okamžiku t po výstřelu (než dopadnou na zem). Zanedbejte odpor vzduchu. 3

Konzultační cvičení 2 Dynamika hmotného bodu V následujících úlohách považujeme vztažnou soustavu spojenou se Zemí za interciální, tíhové pole za homogenní, velikost tíhového zrychlení je g. = 9,8ms 2. Není-li řečeno jinak, odpor prostředí proti pohybu těles zanedbáváme. Úloha 1. Pohyby po nakloněné rovině. Klín o hmotnosti M = 3,5 kg a úhlu sklonu α = 35 je umístěn v tíhovém poli Země (obrázek 2), které považujeme za homogenní, velikost tíhového zrychlení je g. Na šikmou plochu klínu položíme kostku o hmotnosti m = 0,5 kg. Určete zrychlení, s jakým se pohybuje kostka vzhledem k vztažné soustavě spojené se Zemí a tlakovou sílu, jíž působí nakloněná rovina na kostku v následujících případech: a) Klín je pevně přilepen k podložce, tření mezi kostkou a šikmou plochou je zanedbatelné (považujte je za nulové). b) Klín je pevně spojen s podložkou, koeficient statického tření mezi klínem a kostkou je f 0 = 0,20, koeficient dynamického tření je f = 0,15. Určete podmínku pro to, aby se kostka vůbec dala do pohybu. c) Tření mezi klínem a vodorovnou podložkou je zanedbatelné (považujte je za nulové), totéž pro tření mezi kostkou a šikmou plochou klínu. d) Lze situaci a) charakterizovat jako limitní případ situace c)? Jak? g m M OBR. 2 K úloze 1 (Pohyb po nakloněné rovině) V případě c) určete i zrychlení klínu vzhledem k Zemi a tlakovou sílu, jíž působí na klín vodorovná podložka. Úloha 2. Pohyby těles s vzájemným působením třecích sil. Zadání úlohy je zřejmé z obrázků. Hmotnosti těles jsou m = 1,2 kg a M = 3,5 kg. Soustavu souřadnic volte podle obrázku. 4

a) y b) g M F... určit podmínky pro složky m f s x M m f s, f d F... konst Tělesa se pohybují společně. Sílu F známe, popsat pohyb těles, stanovit podmínky. OBR. 3 Pohyby za přítomnosti třecích sil a) Určete podmínky pro složky síly F, kterou je třeba působit na těleso o hmotnosti m, aby se obě tělesa pohybovala po vodorovné podložce společně. Tření mezi tělesem M a vodorovnou podložkou je zanedbatelné (nulové), koeficient statického tření mezi tělesy je f s = 0,2. Určete zrychlení společného pohybu. Pozor: Na obrázku je síla zakreslena jako vodorovná, ale nevíme, jaký směr bude ve skutečnosti mít. b) Na těleso m působí vodorovná tahová síla známé velikosti. Koeficient statického, resp. dynamického tření mezi tělesy je f s = 0,2, resp. f d = 0,1, tření mezi tělesem m a vodorovnou podložkou je zanedbatelné (nulové). Úloha 3. Balistická zkouška. Bedna s pískem o hmotnosti M leží na vodorovné podložce a je připoutána k vodorovné pružině o tuhosti k. Kulka o hmotnosti m narazí do bedny vodorovně a uvázne v ní. Maximální stlačení pružiny je d. Tření mezi podložkou a bednou je zanedbatelné (nulové). a) Určete velikost rychlosti, jíž kulka narazila do bedny. b) Určete kinetickou energii soustavy bedna + kulka před srážkou a bezprostředně po srážce a vysvětlete případný rozdíl. c) Určete celkovou mechanickou energii soustavy bedna na pružině + kulka v libovolném okamžiku po srážce a vysvětlete výsledek. Úloha 4. Práce a potenciální energie. V prostoru je dáno silové pole, které má ve zvolené kartézské soustavě souřadnic ( O; x, y, z složky ( ) x F( r) = K (x 2 + y 2 + z 2 ), y 3 (x 2 + y 2 + z 2 ), z [N] 3 (x 2 + y 2 + z 2 ) 3 5

kde K = 1 je rozměrová konstanta (určete její jednotku). Přímým výpočtem z definice určete práci, kterou toto silové pole vykoná při přemístění částice z bodu A = (1, 1, 1) do bodu B = (2, 2, 2) a) po úsečce spojující tyto dva body, b) postupně po úsečce spojující body A a B 0 a úsečce spojující body B 0 a B, kde B 0 je kolmý průmět bodu B do roviny z = 1, c) po vhodně zvolených hranách krychle, jejíž podstavy leží v souřadnicových rovinách a tělesová úhlopříčka je AB. Situace a), b) a c) znázorňuje obrázek. 1 z A C B D a) b) c) A B A B B 0 A C D B x 1 1 B 0 y OBR. 4 K úloze 4 (Práce a potenciální energie) Pokuste se obecně vysvětlit výsledky získané v částech a), b) a c) a odpovězte na otázku, zda lze silovému poli F přisoudit potenciální energii a v kladném případě ji určete. 6

Konzultační cvičení 3 Dynamika tuhého tělesa Úloha 1. Tělesa na kladce. Přes kladku na obrázku je vedeno vlákno, na jehož jednom konci je zavěšeno těleso o hmotnosti M, délka tělesa je L. Po lanku na druhé straně kladky klouže korálek (hmotný bod) o hmotnosti m. Korálek mine těleso za dobu T. Určete a) třecí sílu, jíž působí lanko na korálek, je-li tato síla konstantní, b) zrychlení korálku a zrychlení tělesa vzhledem k vztažné soustavě spojené se Zemí, c) sílu (směr a velikost), jíž působí kladka na osu (závěs), kolem níž se otáčí. Hmotnost kladky je zanedbatelná (nulová). d) Diskutujte význam předpokladu o nulové hmotnosti kladky. Kladka koná pouze otáčivý pohyb. Na něj mají vliv pouze síly, jimiž na kladku působí z obou stran vlákno. (Proč nemá na otáčivý pohyb vliv síla, jíž na kladku působí závěs?) Kdyby šlo o realistický případ, tj. kladka by měla nenulovou hmotnost, musely by být síly, jimiž na ni působí lanko z obou stran, různě velké. (Zkuste vysvětlit, proč.) M k 0 M m g R S L OBR. 5 K úlohám 1 (Tělesa na kladce) a 2 (To věděl už Galilei) Úloha 2. To věděl už Galilei. Z horního bodu svislého průměru upevněné kruhové desky o poloměru R vycházejí žlábky ve směru tětiv. Deska je postavena svisle. a) Do žlábků vkládáme tělíska (malé kostičky) s nulovou počáteční rychlostí, které v nich mohou klouzat bez tření. Dokažte, že doba, za kterou tělíska v různých žlábcích dorazí na obvod desky, je stejná. b) Jaké by bylo řešení úlohy, kdyby tělísky byly kuličky, které se ve žlábcích valí bez prokluzu? Stanovte také podmínku pro to, aby k prokluzu nedocházelo. c) Je možné upravit desku tak, aby s ní bylo možné realizovat oba typy experimentů? 7

Úloha 3. Přetahovaná. Homogenní válec se může odvalovat po vodorovné podložce bez prokluzu. V nejvyšším bodě V válce jsou připevněny dvě pružiny o stejné tuhosti k, které jsou vetknuty do svislých stěn (obrázek 6). k V k g M R OBR. 6 Válec na pružinách V tomto stavu jsou nenapjaté. Popište, jaký pohyb bude konat válec, vychýlíme-li jej tak, že se pootočí o malý úhel ϕ 0. Rozhodněte, zda podložka působí na válec ještě jinou silou než tlakovou, a v kladném případě charakterizujte její povahu a určete její směr a velikost. Pracujte v aproximaci malých úhlů ϕ sin α tan α. 8