v 1 = at 1, (1) t 1 = v 1

Podobné dokumenty
1. Dvě stejné malé kuličky o hmotnosti m, jež jsou souhlasně nabité nábojem Q, jsou 3

DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU

ε ε [ 8, N, 3, N ]

Hlavní body. Keplerovy zákony Newtonův gravitační zákon. Konzervativní pole. Gravitační pole v blízkosti Země Planetární pohyby

Newtonův gravitační zákon Gravitační a tíhové zrychlení při povrchu Země Pohyby těles Gravitační pole Slunce

ELEKTRICKÝ NÁBOJ COULOMBŮV ZÁKON INTENZITA ELEKTRICKÉHO POLE

R2.213 Tíhová síla působící na tělesa je mnohem větší než gravitační síla vzájemného přitahování těles.

Newtonův gravitační zákon

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

MAGNETICKÉ POLE ELEKTRICKÉHO PROUDU. r je vyjádřen vztahem

Elektrické a magnetické pole zdroje polí

Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1 Šablona: Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Příklady elektrostatických jevů - náboj

F5 JEDNODUCHÁ KONZERVATIVNÍ POLE

Gravitační pole. a nepřímo úměrná čtverci vzdáleností r. r r

Řešení úloh krajského kola 58. ročníku fyzikální olympiády Kategorie B Autor úloh: J. Thomas

MECHANIKA 1. KINEMATIKA 1.1. POJMY 1.2. PŘÍMOČARÝ POHYB

a polohovými vektory r k

3.1. Magnetické pole ve vakuu a v látkovém prostředí Elektromagnetická indukce Energie a silové účinky magnetického pole...

Příklad 5.3. v 1. u 1 u 2. v 2

Vlnovody. Obr. 7.1 Běžné příčné průřezy kovových vlnovodů: obdélníkový, kruhový, vlnovod, vlnovod H.

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)

I. Statické elektrické pole ve vakuu

MAGNETICKÉ POLE CÍVEK V HELMHOLTZOVĚ USPOŘÁDÁNÍ

3.7. Magnetické pole elektrického proudu

vzhledem k ose kolmé na osu geometrickou a procházející hmotným středem válce. c) kužel o poloměru R, výšce h, hmotnosti m

II. Statické elektrické pole v dielektriku. 2. Dielektrikum 3. Polarizace dielektrika 4. Jevy v dielektriku

Elektromagnetické jevy, elektrické jevy 4. Elektrický náboj, elektrické pole

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

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Spojité rozložení náboje

Fyzika. Fyzikální veličina - je mírou fyzikální vlastnosti, kterou na základě měření vyjadřujeme ve zvolených jednotkách

Harmonický pohyb, výchylka, rychlost a zrychlení

III. Dynamika hmotného bodu

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

4. konference o matematice a fyzice na VŠT Brno, Fraktály ve fyzice. Oldřich Zmeškal

Řešení úloh 1. kola 52. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D., kde t 1 = s v 1

Základní vlastnosti elektrostatického pole, probrané v minulých hodinách, popisují dvě diferenciální rovnice : konzervativnost el.

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ GB02 FYZIKA II MODUL M01 ELEKTŘINA A MAGNETISMUS

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

Pohyb tělesa, základní typy pohybů, pohyb posuvný a rotační. Obsah přednášky : typy pohybů tělesa posuvný pohyb rotační pohyb geometrie hmot

GAUSSŮV ZÁKON ELEKTROSTATIKY

[GRAVITAČNÍ POLE] Gravitace Gravitace je všeobecná vlastnost těles.

s 1 = d t 2 t 1 t 2 = 71 m. (2) t 3 = d v t t 3 = t 1t 2 t 2 t 1 = 446 s. (3) s = v a t 3. d = m.

Elektrický náboj [q] - základní vlastnost částic z hlediska EM pole - kladný (nositel proton), záporný (nositel elektron) 19

vsinα usinβ = 0 (1) vcosα + ucosβ = v 0 (2) v u = sinβ , poměr drah 2fg v = v 0 sin 2 = 0,058 5 = 5,85 %

Gravitační a elektrické pole

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

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

Konstrukční a technologické koncentrátory napětí

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

Stavba atomu: Atomové jádro

n je algebraický součet všech složek vnějších sil působící ve směru dráhy včetně

IV. Magnetické pole ve vakuu a v magnetiku. 1. Magnetické pole el. proudu 2. Vlastnosti mg. pole 3. Magnetikum

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

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

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

1.3.8 Rovnoměrně zrychlený pohyb po kružnici I

Elektřina a magnetismus Elektrostatické pole

Řešení úloh 1. kola 52. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B Autořiúloh:M.Jarešová(5),P.Šedivý(1,4),J.Thomas(2,3,7), K.RauneraP.Šedivý(6).

Cvičení z termomechaniky Cvičení 6.

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

Dráhy planet. 28. července 2015

Cavendishův pokus: Určení gravitační konstanty,,vážení Země

F r. Umístěme do P jinou elektricky nabitou částici. Síla na ni působící Elektromagnetická interakce

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

plochy oddělí. Dále určete vzdálenost d mezi místem jeho dopadu na

ÍKLAD 190 gram klidu 2880 km/h 0,01 s Otázky z y r ch c le l n dráha síla p sobící práci výkon kinetická energie hmotnosti 2 t rychlost pytle

2.1.2 Jaký náboj projde proudovodičem, klesá-li v něm proud z 18 A na nulu tak, že za každou sekundu klesne hodnota proudu na polovinu?

Řešení úloh 1. kola 55. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B

Příklad 3 (25 bodů) Jakou rychlost musí mít difrakčním úhlu 120? -částice, abychom pozorovali difrakční maximum od rovin d hkl = 0,82 Å na

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

POHYB BODU V CENTRÁLNÍM POLI SIL

ELEKTROSTATIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 2. ročník

6 DYNAMIKA SOUSTAVY HMOTNÝCH BODŮ

Přijímací zkouška pro nav. magister. studium, obor učitelství F-M, 2012, varianta A

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

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

Skalární a vektorový popis silového pole

7. Gravitační pole a pohyb těles v něm

3.1 Magnetické pole ve vakuu a v látkovén prostředí

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.

14. Základy elektrostatiky

Rychlost, zrychlení, tíhové zrychlení

, F je síla působící mezi náboji, Q je velikost nábojů, r je jejich r vzdálenost, k je konstanta

Kinematika. Hmotný bod. Poloha bodu

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

ELEKTROMAGNETICKÉ VLNY VE VOLNÉM PROSTŘEDÍ

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

Sbírka řešených příkladů z gravitace, elektřiny a magnetismu

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

Geometrie. RNDr. Yvetta Bartáková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Spojky Třecí lamelová HdS HdM

5. Elektromagnetické kmitání a vlnění

Řešení testu 2b. Fyzika I (Mechanika a molekulová fyzika) NOFY ledna 2016

ÍKLAD Rychlost st ely = 4 gramy = 1 tuny = 20,4 cm zákon pohybová energie náboje polohovou energii t p e el e n l ou en e e n r e gi r i

Projekty - Vybrané kapitoly z matematické fyziky

VZÁJEMNÉ SILOVÉ PŮSOBENÍ VODIČŮ S PROUDEM A MAGNETICKÉ POLE

1.7.2 Moment síly vzhledem k ose otáčení

Transkript:

Příklad Statující tyskové letadlo musí mít před vzlétnutím ychlost nejméně 360 km/h. S jakým nejmenším konstantním zychlením může statovat na ozjezdové dáze dlouhé,8 km? Po ychlost v ovnoměně zychleného pohybu letadla v čase t (s nulovou počáteční ychlostí) platí odtud snadno vyjádříme čas t jako Za čas t letadlo uazí dáhu, kteá odpovídá délce ozjezdové dáhy x Z tohoto vztahu vyjádříme zychlení a jako v = at, () t = v a. () x = at = v a. (3) a = v [360 (000 m)/(3600 s)] = x., 8. 000 m. =, 78 m.s. (4) Zychlení ovněž můžeme vyjádřit pomocí násobku tíhového zychlení g = 9, 8 m.s a =, 78 m.s g 9, 8 m.s. = 0, 8 g. (5)

Příklad Vyplašený pásovec (na obázku) vyskočí do výšky. V čase 0,00 s se nachází ve výšce 0,544 m. a) jaká je jeho počáteční ychlost? b) jaká je jeho ychlost v zadané výšce? c) jak vysoko ještě vyletí? Příklad řešíme po těžiště pásovce a) učení počáteční ychlosti v 0 y = v 0 t gt v 0 = y + g () t t číselně v 0 = 0, 544 m 0, 00 s + 9, 8 m.s. 0, 00 s = 3, 70 m.s () b) učení ychlosti v ve výšce y ychlost ve výšce y nastane v zadaném čase t, takže v = v 0 gt = 3, 70 m.s 9, 8 m.s. 0, 00 s =, 739 m.s (3) c) učení, o jakou výšku y ještě vyplašený pásovec nastoupá pásovec přestane stoupat v čase t d, kdy jeho ychlost bude nulová. Platí tedy 0 = v 0 gt d t d = v 0 g (4) pásovec tedy vystoupá v čase t d do maximální výšky y d, kteá je dána jako y d = v 0 t d gt d = v v 0 0 g g v 0 g = v0 g = (3, 70 m.s ) = 0, 698 m (5) 9, 8 m.s pásovec tedy nastoupá ještě o y = y d y = 0, 698 m 0, 544 m = 0, 54 m (6)

Příklad 3 Jaká je peioda otáčení pouťové centifugy o poloměu 5 m, jestliže v honí poloze působí na veselého cestujícího výsledné zychlení a=g směem nahou? Tíhové zychlení g=0 m.s. síla tíhová síla odstředivá ozdíl sil je oven G = mg () F O = mv () Po peiodu pohybu platí číselně F O G = mg mv mg = mg v = g v = g (3) T = l v = π v = π = π g g.5 m T = π 0 m.s = π s =. 3, 4 s (5) (4) F 0 G Obázek : Síly působící na cestujícího na centifuze. skutečná centifuga na pouti se točí ychleji, s dobou oběhu kolem s 3

Příklad 4 Během cikusového představení v oce 90 předvedl Allo Dae Devil Diavolo vcholné číslo, jízdu na kole ve spiále smti (viz. ob). Předpokládejte, že smyčka je kuhová a má polomě R=,7 m. Jakou nejmenší ychlostí mohl Diavolo pojíždět nejvyšším bodem smyčky, aby s ní neztatil kontakt? V honím bodě dáhy působí na akobata tíhová síla G a stejně oientovaná síla eakce podložky N. Součet těchto sil je oven dostředivé síle F d V okamžiku ztáty kontaktu kola se smyčkou je N = 0 a platí G + N = F d mg + N = mv R. () číselně mg = mv R v = gr. () v = 9, 8 m.s., 7 m. = 5, 5 m.s (3) 4

Příklad 5 Železniční vagón se pohybuje po vodoovné přímé tati. Bzdíme jej silou, kteá se ovná jedné desetině jeho tíhy. Vypočítejte čas měřený od začátku bždění za kteý se vagón zastaví a dáhu, kteou uazí od začátku bždění do zastavení. V okamžiku začátku bždění má vagón ychlost 7 km.h Rychlost vagónu, kteý se pohybuje ovnoměně zpomaleným pohybem, je v(t) = v 0 at, () kde v(t) je ychlost v čase t, a je zychlení a v 0 je počáteční ychlost. Zychlení a nyní vyjádříme pomocí známé bzdící síly F, po kteou platí F = mg 0 kde m je hmotnost vagónu a g tíhové zychlení. Zychlení a vyjádříme jako = ma, () a = F m = mg 0m = g 0. (3) Zychlení (3) nyní dosadíme do ovnice (). Po malé úpavě dostáváme po čas, ve kteém se vagón zastaví (tj. v = 0), ovnici t = 0(v 0 v) g = 0v 0 g = 0 7 3, 6 m.s 0 m.s = 0 s (4) Dáhu, kteou vagón uazil, vypočteme ze známého vztahu po dáhu ovnoměně zpomaleného pohybu, ve kteém vyjádříme zychlení pomocí (3) a čas pomocí vztahu (4). Pak dostaneme s = v 0 t at = v 0 0v 0 g ( g 0v0 0 g ) = 5v 0 g (5) číselně pak po dáhu máme s = ( ) 7 5 m.s 3, 6 = 00 m (6) 0 m.s 5

Příklad 6 Jupiteův měsíc Io obíhá po tajektoii s velkou poloosou a I =4800 km s peiodou T I =,769 dne. Zemský Měsíc obíhá po tajektoii s velkou poloosou a M =,55.0 3 AU s peiodou T M =7,3 dne. Učete z těchto údajů pomě hmotností Jupitea a Země. Astonomická jednotka AU je ovna 49,598.0 6 km. Použijeme 3. Kepleův zákon po Měsíc a Io T M a 3 M = 4π κm Z, T I a 3 I = 4π κm J. () Obě ovnice vydělíme a máme 4π κm Z 4π κm J po pomě hmotností Jupitea a Země dostáváme = TM a 3 M TI, () a 3 I M J = T M a3 I. (3) M Z T I a3 M číselně M J M Z = 7, 3. (4800 km) 3 (.55.0 3. 49, 598.0 6 km) 3, 769. = 35 (4) 6

Příklad 7 Vzdálenost Měsíce od středu Země se mění od MP =363300 km v peigeu do MA =405500 km v apogeu, peioda oběhu Měsíce kolem Země je T M =7,3 dne. Umělá dužice se pohybuje po eliptické dáze nad ovníkem tak, že v peigeu je ρ DP =5 km nad povchem Země a v apogeu je ρ DA =70 km. Rovníkový polomě Země je R Z =6378 km. Učete peiodu oběhu umělé dužice T D. Ze 3. Kepleova zákona: z obázku vidíme, že TD TM = a3 D a 3 M a 3 D T D = T M, () a 3 M Obázek : Schematické znázonění dáhy dužice. a = a + p. () Po dužici je třeba přepočítat a,p a ρ a,p a D = ρ DA + R Z + ρ DP + R Z = ρ DA + ρ DP + R Z. (3) Nyní dosadíme () a (3) do () a dostaneme (ρda ) 3 + ρ DP + D Z T D = T M = 7, 3 dne MA + MP (5 ) 3 + 70 +.6378.= 363300 + 405500. = 7, 3., 377.0 3 dne. = 0, 0649 dne. =,56 h = h 34 min (4) 7

Příklad 8 Roto elektomotou s hmotností 0 kg má moment setvačnosti kg.m a koná 0 otáček za sekundu. Jak velkou má kinetickou enegii? W k = Jω = J(πf) () číselně W k = kg.m. (π.0 s ) = 579 J. = 5, 8 kj () ozměová kontola: J=N.m=kg.m.s.m=kg.m.s 8

Příklad 9 Jakou páci je třeba vykonat, aby vlak hmotnosti 300 t, pohybující se po vodoovné tati, zvětšil svou ychlost z 36 km.h na 54 km.h? Neuvažujeme ztáty třením a vliv odpou vzduchu. Po páci platí A = F. dl = d p dt. vdt = d(m v). v = m d(v ) = mv mv = T T. () Páce je tedy dána ozdílem kinetických enegií A = mv mv = 300. 000 kg [ ( ) ( ) ] 54 36 3, 6 m.s 3, 6 m.s = 8, 75 MJ () 9

Příklad 0 Dvě velmi malé kuličky, z nichž každá má hmotnost 3.0 6 kg, jsou ve vakuu zavěšeny na velmi tenkých vláknech 0,05 m dlouhých a visících ze společného bodu. Oběma kuličkám byl udělen stejně velký záponý náboj. Kuličky se odpuzují tak, že vlákna na nichž visí, jsou odchýlena od svislého směu o 30. Najděte velikost nábojů. Celá soustava je umístěna v gavitačním poli. Gavitační zychlení je g=0 m.s, pemitivita postředí je ε=8,85.0 F.m. Na kuličku působí elektostatická (Coulombova) síla F e, gavitační síla G a tahová síla vlákna T. Je-li kulička v ovnováze, je jejich součet oven nule. F e + G + T = 0, () kde a q F e = 4πε 3 () F g = m g. (3) Potože pak se výslednice síly gavitační a elektostatické ovná síle tahové, platí (viz obázek) α l - - T F e Obázek 3: Schematické znázonění kuliček zavěšených na tenkých vláknech. G Z obázku ovněž vidíme, že lze vyjádřit z geometie soustavy tan α = F e G = q 4πεmg. (4) sin α = l = l sin α. (5) Nyní dosadíme do předchozí ovnice a máme tan α = q 6πεmgl sin α q = 4l sin α πεmg tan α. (6) 0

numeicky q = 4.0, 05. sin 30 π.8, 85.0.3.0 6.0. tan 30 =,.0 9 C. (7) ozměová kontola m F.m.kg.m.s = m C V.kg.s = = m C m J.kg.s = C N.m.kg.s = C m kg.m.s.kg.s = C = C (8)

Příklad Vypočítejte intenzitu elektického pole v bodě, kteý leží upostřed mezi dvěma náboji Q =+50 nc a Q =+70 nc, kteé jsou od sebe vzdálené = 0 cm. Náboje jsou ve vakuu, pemitivita vakua je ovna ε 0 = 8, 854.0 F.m. Potože náboj Q má větší hodnotu než Q, bude smě intenzity elektického pole shodný se směem y Q Q x Obázek 4: Schematické znázonění obou nábojů. osy x. Intenzita elektického pole E je definována jako E = F e q. () Intenzitu elektického pole ve vzdálenosti od bodového náboje Q umístěného ve vakuu učíme tak, že sílu F e vyjádříme pomocí Coulombova zákona a dosadíme do této definice: Velikost pole v místě upostřed mezi náboji pak bude Numeicky dostaneme E = E = E E = 4πε 0 π 8, 854.0 F e = 4πε 0 Qq E = Q 4πε 0. () ( Q Q ) = πε 0 ( Q Q ). (3) ( ) 70.0 9 50.0 9 = 7, 97.0 3 V.m (4) 0,

Příklad Vypočítejte intenzitu elektického pole v bodě, kteý leží upostřed mezi dvěma náboji Q =+50 nc a Q =+70 nc, kteé jsou od sebe vzdálené = 0 cm. Náboje jsou v petoleji, pemitvita petoleje je ovna ε p = ε 0, pemitivita vakua je ovna ε 0 = 8, 854.0 F.m. Potože náboj Q má větší hodnotu než Q, bude smě intenzity elektického pole shodný se směem y Q Q x Obázek 5: Schematické znázonění obou nábojů. osy x. Intenzita elektického pole E je definována jako E = F e q. () Intenzitu elektického pole ve vzdálenosti od bodového náboje Q umístěného v petoleji učíme tak, že sílu F e vyjádříme pomocí Coulombova zákona a dosadíme do této definice: Velikost pole v místě upostřed mezi náboji pak bude E = E E = ( ) Q 8πε 0 Numeicky dostaneme E = π 8, 854.0 F e = 4πε p Qq E = Q 4πε p. () Q = πε 0 ( Q Q ). (3) ( ) 70.0 9 50.0 9 = 8, 983.0 3 V.m (4) 0, 3

Příklad 3 Vypočtěte intenzitu elektického pole kolem nekonečně dlouhé ovnoměně nabité niti ve vzdálenosti a=5 cm od niti. Délková hustota náboje ξ =0,0 µc/m. K řešení využijte Gaussův zákon elektostatiky. Gaussův zákon elektostatiky: E.d S = Q ε. () Jako integační plochu zvolíme povch válce. Rotační plochu označíme S, podstavy S a S (viz obázek). Víme, že elektická intenzita bude mít smě kolmý k niti. K toku povchem válce pak přispívá pouze otační plocha válce S, tok přes podstavy válce S, S je nulový, potože na nich E S. Platí tedy ES = Q ε, () tj. číselně Eπal = ξl ε, (3) E = ξl ε πa. (4) E = 0, 0.0 6 C π 0, 05 m 8, 854.0 F.m = 3595, V.m (5) Obázek 6: Schematické znázonění integační plochy. 4

Příklad 4 Vypočítejte indukci magnetického pole buzeného dvěma přímými nekonečně dlouhými ovnoběžnými vodiči, vzdálenými od sebe a = 0 cm, kteými teče poud I = A stejným směem, ve vzdálenosti a = 4 cm od pvního na společné kolmé spojnici obou vodičů. Vodiče jsou umístěny ve vakuu. Velikost magnetické indukce B ve vzdálenosti od nekonečného vodiče potékaného poudem I učíme pomocí zákona celkového poudu jako B.d l = µi πb = µi B = µi π. () (l) Výsledné pole je pak dáno ozdílem velikostí magnetických indukcí, buzených jednotlivými dáty ve sledovaném bodě B = B A B B = B( A ) B( B ) = µi ( ). () π A B Po dosazení číselných hodnot máme B = 4π.0 7. π ( 0, 04 ) = 3, 333.0 6 T (3) 0, 06 B B A B A B B A Obázek 7: Schematické znázonění dvou vodičů. 5