MECHANICKÉ KMITÁNÍ NETLUMENÉ

Podobné dokumenty
FYZIKA 3. ROČNÍK. Vlastní kmitání oscilátoru. Kmitavý pohyb. Kinematika kmitavého pohybu. y m

22. Mechanické a elektromagnetické kmity

22. Mechanické a elektromagnetické kmity

e²ení testu 1 P íklad 1 v 1 u 1 u 2 v 2 Mechanika a kontinuum NAFY listopadu 2016

MĚŘENÍ MOMENTU SETRVAČNOSTI Z DOBY KYVU

3.1.3 Rychlost a zrychlení harmonického pohybu

3.1.2 Harmonický pohyb

3.2.2 Rovnice postupného vlnění

B. MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

KMITÁNÍ PRUŽINY. Pomůcky: Postup: Jaroslav Reichl, LabQuest, sonda siloměr, těleso kmitající na pružině

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

MOMENT SETRVAČNOSTI. Obecná část Pomocí Newtonova pohybového zákona síly můžeme odvodit pohybovou rovnici pro rotační pohyb:

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

Řešení testu 1b. Fyzika I (Mechanika a molekulová fyzika) NOFY listopadu 2015

(test version, not revised) 9. prosince 2009

= T = 2π ω = 2π 12 s. =0,52s. =1,9Hz.

MOMENT SETRVAČNOSTI. Obecná část Pomocí Newtonova pohybového zákona síly můžeme odvodit pohybovou rovnici pro rotační pohyb:

ÚLOHA Závaží pružin kmitá harmonicky amplituda = 2 cm, doba kmitu = 0,5 s. = 0 s rovnovážnou polohou vzh ru. Úkoly l :

3.2.2 Rovnice postupného vlnění

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Příklady kmitavých pohybů. Mechanické kmitání (oscilace)

Mechanické kmitání (oscilace)

Kmitání. tuhost pružiny, kmitání vlastní netlumené a tlumené, řazení pružin, ohybové kmitání. asi 1,5 hodiny

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

Mechanické kmitání a vlnění

a polohovými vektory r k

3.1.8 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru

3.1.6 Dynamika kmitavého pohybu, závaží na pružině

MECHANICKÉ KMITÁNÍ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 3.A

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/

7. Gravitační pole a pohyb těles v něm

Otáčení a posunutí. posunutí (translace) otočení (rotace) všechny body tělesa se pohybují po kružnicích okolo osy otáčení

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

Pohyb soustavy hmotných bodů

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

DOPLŇKOVÉ TEXTY BB01 PAVEL SCHAUER INTERNÍ MATERIÁL FAST VUT V BRNĚ TUHÉ TĚLESO

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

MECHANICKÉ KMITÁNÍ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

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

Rychlost, zrychlení, tíhové zrychlení

MECHANIKA - DYNAMIKA Teorie Vysvětlete následující pojmy: Setrvačnost:

Práce, energie, výkon

10 Lineární kmitání 10.1 Úvod do kmitání bodů a těles

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

Laboratorní práce č. 3: Kmitání mechanického oscilátoru

Kmitání systému s 1 stupněm volnosti, Vlastní a vynucené tlumené kmitání

Úvod do analytické mechaniky

Měření tíhového zrychlení matematickým a reverzním kyvadlem

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

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

Digitální učební materiál

Měření tíhového zrychlení reverzním kyvadlem

Kmitání. Obsah přednášky : tuhost pružiny, kmitání vlastní netlumené a tlumené, řazení pružin, ohybové kmitání vynucené kmitání

Skládání kmitů

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_18_FY_B

1 Tuhé těleso a jeho pohyb

Příklad 5.3. v 1. u 1 u 2. v 2

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

VZÁJEMNÉ SILOVÉ PŮSOBENÍ VODIČŮ S PROUDEM A MAGNETICKÉ POLE

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

IV. Zatížení stavebních konstrukcí rázem

Digitální učební materiál

Kapitola 2. o a paprsek sil lze ztotožnit s osou x (obr.2.1). sil a velikost rovnou algebraickému součtu sil podle vztahu R = F i, (2.

frekvence f (Hz) perioda T = 1/f (s)

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

MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

Testovací příklady MEC2

4. Statika základní pojmy a základy rovnováhy sil

Pohybová energie pro translační pohyb

SERIOVÉ A PARALELNÍ ZAPOJENÍ PRUŽIN

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

Příklady z teoretické mechaniky pro domácí počítání

Základy elektrotechniky

Řešení úloh celostátního kola 47. ročníku fyzikální olympiády. Autor úloh: P. Šedivý. x l F G

Fyzikální praktikum I

Dynamika vázaných soustav těles

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium Studijní program Fyzika obor Učitelství fyziky matematiky pro střední školy

pracovní list studenta

Test jednotky, veličiny, práce, energie, tuhé těleso

Téma: Analýza kmitavého pohybu harmonického oscilátoru

23. Mechanické vlnní. Postupné vlnní:

7.3.9 Směrnicový tvar rovnice přímky

5. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole

Laboratorní úloha č. 3 - Kmity I

DUM označení: VY_32_INOVACE_... Jméno autora výukového materiálu: Ing. Jitka Machková Škola: Základní škola a mateřská škola Josefa Kubálka Všenory

Cvičení Kmity, vlny, optika

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

Mechanické kmitání - určení tíhového zrychlení kyvadlem

Pracovní list vzdáleně ovládaný experiment. Obr. 1: Matematické kyvadlo.

β 180 α úhel ve stupních β úhel v radiánech β = GONIOMETRIE = = 7π 6 5π 6 3 3π 2 π 11π 6 Velikost úhlu v obloukové a stupňové míře: Stupňová míra:

MATEMATIKA III. Program - Křivkový integrál

Laboratorní úloha č. 4 - Kmity II

VY_32_INOVACE_06_III./1._OBVOD STŘÍDAVÉHO PROUDU

1.7. Mechanické kmitání

1.8. Mechanické vlnění

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

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

7.3.9 Směrnicový tvar rovnice přímky

Transkript:

MECHANICKÉ KMITÁNÍ NETLUMENÉ Kitání je PERIODICKÝ pohyb hotného bodu (tělesa). Pohybuje se z jedné rajní polohy KP do druhé rajní polohy KP a zpět. Jaýoliv itající objet se nazývá OSCILÁTOR. A je aplituda axiální vzdálenost od RP () y je oažitá výchyla oažitá vzdálenost v určité čase () Může se jednat o těleso na pružině nebo itající ato v rystalové řížce. Ovše za ity (oscilace) považujee jaýoliv opaující se periodicý děj, při něž dochází pravidelné zěně libovolné fyziální veličiny v závislosti na čase. Napřílad při periodicé zěně veliosti a orientace intenzity eletricého pole nebo intenzity agneticého pole hovoříe o eletricých nebo agneticých itech. Popisují je stejné rovnice. Mechanicé ity hotných bodů prostředí ají tu výhodu, že jsou názorné, a proto je studujee nejdříve.. Kitavý netluený pohyb Pružina je charaterizovaná veličinou, terou nazýváe tuhost pružiny. Jednotou tuhosti pružiny je N. -. Při protažení pružiny vzniá v pružině síla pružnosti F p, jejíž veliost se v závislosti na prodloužení zvětšuje. Síla pružnosti je orientovaná proti protažení pružiny výchylce z rovnovážné polohy y. Čí více pružinu protáhnee, tí větší síla se snaží pružinu vrátit do původní polohy. F p y. Doba, za terou se objet dostane z jedné rajní polohy do druhé a zpět, se nazývá perioda T, podobně jao doba jednoho oběhu hotného bodu (uličy) po ružnici. Jednotou periody je seunda (s). Převrácená hodnota doby itu (periody) je frevence f. j Jednotou frevence je hertz (Hz = s - ). Platí, že

Úhlová rychlost pohybu po ružnici je f. T f. T Při itavé pohybu používáe pro terín úhlová frevence a pro úhlovou dráhu označení fáze. Jednotou je rad.s -, jednotou fáze je rad. Při rovnoěrné pohybu po ružnici je fáze t... Rovnice výchyly netlueného itavého pohybu Síla pružnosti působící haronicý itavý pohyb je F y. p Tuto sílu lze podle Newtonova pohybového záona zapsat ve tvaru Zrychlení je druhá derivace dráhy podle času, proto a y. Její řešení diferenciální rovnice je rovnice charaterizující dráhu hotného bodu (oažitou výchylu y), y Asin t, de A je aplituda itu, je úhlová frevence netlueného itavého pohybu, je počáteční fáze. Jednotou počáteční fáze je rad. Počáteční fáze určuje veliost oažité výchyly v čase t s. Výraz v závorce je fáze pohybu Taový pohyb nazýváe haronicý pohybe.

Přílad: Závaží o hotnosti 4 g je zavěšeno na pružinu. Pružina se tí prodlouží o 6 c vzhlede e své nezatížené délce. a) Jaá je tuhost pružiny? b) Dané závaží odstraníe a na tutéž pružinu zavěsíe závaží o hotnosti,5 g. Poté pružinu ještě poněud protáhnee a uvolníe. Jaá bude perioda vznilých itů? =4 g, y =,6, =? a) Na těleso působí síla pružnosti a tíhová síla, teré jsou v rovnováze pa g 4.9,8 y g 45,5 N. - y,6 Tuhost pružiny je 45,5 N. -. 4,5 b) Pro tuhost pružiny platí T, 84 s. T 45,5 Perioda itů je,84 s... Rovnice rychlosti a zrychlení netlueného itavého pohybu Rychlost, terou se těleso při itavé pohybu pohybuje a její zěnu, si veli dobře představíe, dyž pozorujee pohyb tenisty na zadní čáře tenisového urtu. Provádí v podstatě itavý pohyb. Rychlost v rajních polohách (aplitudách), dy se usí hráč zastavit, je nulová. Rychlost, dy prochází střede (rovnovážnou polohou) je axiální. Rychlost jaéhooliv pohybu, a tudíž i pohybu itavého, určíe derivací dráhy podle času. Protože drahou itavého pohybu je oažitá výchyla, pa derivujee rovnici pro výchylu podle času a dostanee d y v A cos t, dt de výraz v A představuje axiální rychlost v, terou itající objet prochází rovnovážnou polohou. V aplitudě je rychlost nulová. Pa rovnice v v cos t je rovnice rychlosti itavého pohybu. Zrychlení dostanee derivací rychlosti podle času. Derivujee tedy rovnici dále.

dv Pa zrychlení je a A sin t, dt de výraz a A je axiální zrychlení V rovnovážné poloze je zrychlení nulové. a. Toto zrychlení á hotný bod v aplitudě. Pa rovnice zrychlení je a a sin t. Přílad: Určete veliost rychlosti a zrychlení ve druhé seundě itavého pohybu, jestliže oažitá výchyla je dána vztahe y,4sin 5 t (,s). 6 Z rovnice pro výchylu Asin t - 5 rad.s a počáteční fázi rad. y určíe aplitudu A =,4, úhlovou frevenci a) dosadíe do vztahu pro oažitou rychlost A cos t Pa 6 v. v,4.5 cos 5,4.5 cos. 6 6 Protože cosinus je funce periodicá ůžee psát 3 v,4.5 cos,4.5.3,4. 5,4.s - 6 b) dosadíe do vztahu pro oažité zrychlení a A sin t Pa a,4. 5 sin5 t,4. 5 sin. 6 6 Protože sinus je funce periodicá ůžee psát a,4. 5 sin,4. 5.3,4. 49, 3.s - 6 Veliost rychlosti je 5,4.s -, veliost zrychlení je 49,3.s -.

.3. Práce sil pružnosti Při vychýlení tělesa z rovnovážné polohy, působí na vychýlený objet síla pružnosti F p posunutí o dráhový eleent ds vyoná eleentární práci dw. dw F ds F ds cos Protože síla pružnosti a vychýlení ají opačný sěr, je úhel 8 cos8 Obecný dráhový eleent ds nahradíe eleente výchyly dy, je onstanta pružnosti. Pa práce sil pružnosti je W Fp dy cos ydy ydy y dy y W y y Asin t y. Při.4. Potenciální energie pružnosti netlueného itavého pohybu Potenciální energie závisí na vzájené poloze dvou objetů a na práci, terou je nutné při jejich vzdálení (přiblížení) vyonat. Poznáa: Podobně jao u potenciální energie tíhové (tíhová síla práci. E p W F G g ) je zěna potenciální energie rovna Zde oná práci síla pružnosti. Potenciální energii pružnosti zísáe jao práci W, potřebnou vychýlení hotného bodu z rovnovážné polohy do vzdálenosti y. Při výchylce y působí na hotný bod síla pružnosti F p y. Potenciální energii pružnosti pa stanovíe výpočte (viz výše) y y y y y E p W ydy y, de y y, pa E y p V libovolné časové oažiu á hodnotu určenou vztahe sin E A t. p Potenciální energie pružnosti závisí na oažité výchylce. Mění v průběhu haronicého pohybu svou veliost.

Poznáa: V rovnovážné poloze je potenciální energie pružnosti nulová, v aplitudách je axiální a její hodnota je určená vztahe E A. p ax.5. Kineticá energie netlueného itavého pohybu Kineticá energie je určena znáý vztahe E v v A cos t haronicého pohybu dostanee rychlost A cos t E. Použití vztahu zapíšee ineticou energii ve tvaru cos E A t.. Po dosazení odvozeného vztahu pro Kineticá energie je závislá na oažité hodnotě rychlosti. Mění v průběhu haronicého pohybu svou veliost. Poznáa: Protože je určená rychlostí oscilátoru, je v aplitudách nulová, při průchodu rovnovážnou polohou je axiální. Maxiální ineticá energie v rovnovážné poloze je stanovena výraze E A. ax.6. Celová energie netlueného itavého pohybu Celová energie E haronicého pohybu je v aždé oažiu rovna součtu energie ineticé E a potenciální energie pružnosti E p E E E. p Jestliže sečtee oažité hodnoty ineticé energie a potenciální energie pružnosti, dostanee celovou energii itavého pohybu.

E E E p A cos t A sin t. Úpravou zísáe E A cos t sin t A. Pro celovou energii itavého pohybu tedy platí vztah E A. Energie potenciální a ineticá jsou s čase proěnné a přeěňují se navzáje. Celová energie netluených itů je onstantní. Přílad: Těleso hotnosti g oná netluený haronicý pohyb podle rovnice - y 3sin t.s. Určete jeho potenciální energii v bodě vratu. = g, A = 3, ω = rad.s -,E p =? Pro potenciální energii platí vztah E p E A..3 36 p J. Potenciální energie je 36 J. y. V bodě vratu je výchyla rovna aplitudě, Přílad: Těleso hotnosti g oná netluený haronicý pohyb podle rovnice y,sin3 t.s. Ve vzdálenosti, od rovnovážné polohy á potenciální energii,9 J. Určete v této poloze jeho ineticou energii. = g, A =,, ω =3 rad.s -,E p =,9 J, E =? Celová energie E A je rovna součtu E E E. Pa p E E E A E.3,,9,7 J. p p Kineticá energie je,7 J.

Přílad: Těleso oná netluený haronicý pohyb. Perioda pohybu je s. Celová energie tělesa je 3. -5 J a axiální síla působící na těleso á veliost,5. -3 N. Určete aplitudu výchyly. T = s, E = 3. -5 J, F =,5. -3 N, A =? Celová energie je E A, axiální síla je F A. Vyjádříe vztahu pro energii, pa F A. Dosadíe do 5 F E.3. 5 E A E F A A 4.. A F 3,5. Aplituda výchyly je 4. -5. Přílad: Kitavý pohyb je popsán rovnicí: y,4 sin6 t. 3 Určete: a aplitudu itu, b úhlovou frevenci c počáteční fázi d frevenci a periodu itu Podle vztahu pro oažitou výchylu y t a y =,4 b = 6 rad.s - c = 3 rad y sin srovnání určíe: d použijee vztah 6 f 3 Hz, pro periodu a frevenci platí T s f 3 Přílad: Jaá je doba itu haronicého oscilátoru, jestliže zavěšené těleso na pružině á hotnost g a síla působící při výchylce 3 c je 5. - N? =, g, y =,3, F = 5. - N, T =? Souvislost ezi dobou itu a úhlovou frevencí je určena vztahe. Zároveň platí T. Pa použití obou vztahů je pružnosti F y. Pa vztah T. Tuhost pružiny je nutno vyjádřit ze vztahu pro sílu F dosadíe do jenovatele předchozího zlou a dostanee y y,..3 T. Po dosazení číselných hodnot T.3,4,49s F 5.

PŘÍKLADY. Těleso hotnosti, g oná netluený haronicý pohyb. Určete jeho dobu itu, víte-li, že při výchylce 9. - působí na těleso síla 3. -4 N.. Hotný bod oná netluený haronicý pohyb ta, že při výchylce,3 působí na hotný bod síla veliosti 6 N. Určete veliost působící síly při výchylce,. 3. Těleso hotnosti 8 g oná netluený haronicý pohyb. Při výchylce,3 na něj působí síla 6 N. Určete veliost úhlové frevence. 4. Těleso zavěšené na pružině oná netluený haronicý pohyb. Jeho aplituda je 4 c a doba itu s. Vypočítejte čas, za terý těleso urazí dráhu z rovnovážné polohy do bodu vratu. V následujících příladech použijte vztah pro fyzicé yvadlo Určete periodu itů tyče dély a hotnosti 5 g ývající ole osy uístěné na onci tyče. Určete frevenci itů oule poloěru, a hotnosti 5 g ývající ole osy uístěné tečně povrchu. Určete frevenci itů válce průěru,5 a hotnosti 5 g ývající ole osy uístěné tečně povrchu rovnoběžně s osou rotační syetrie. V následujících příladech použijte vztah pro reduovanou délu fyzicého yvadla Tíhové zrychlení bylo ěřeno reverzní yvadle o reduované délce. Čas, za terý se dostane yvadlo z jednoho bodu vratu do druhého, je s. Určete hodnotu tíhového zrychlení. Tíhové zrychlení bylo ěřeno reverzní yvadle o reduované délce. Frevence yvů v obou závěsech byla s-. Určete hodnotu tíhového zrychlení.

V následujících příladech použijte vztah pro záon zachování energie. Moent setrvačnosti tyče vzhlede ose v těžišti je ( J T = /l ) Hoogenní tyč dély,8 volně otočná ve své dolní onci začíná padat z olé polohy. Jaou rychlost bude ít těžiště tyče v oažiu průchodu vodorovnou rovinou? Hoogenní tyč dély,8 volně otočná ve své dolní onci začíná padat z olé polohy. Jaou rychlost bude ít volný onec tyče v oažiu průchodu vodorovnou rovinou? Hoogenní tyč dély, volně otočná ve své dolní onci začíná padat z olé polohy. Jaou rychlost bude ít volný onec tyče v oažiu průchodu svislou rovinou? 5. Těleso oná netluený haronicý pohyb s aplitudou výchyly, a úhlovou frevencí 3 rad/s. V čase t = s je těleso v rovnovážné poloze. Napište rovnici pro zrychlení tělesa. 6. Těleso hotnosti g oná netluený haronicý pohyb podle rovnice y sin3t (,s). Vypočítejte ineticou energii tělesa v bodě vratu. 7. Těleso hotnosti g oná netluený haronicý pohyb podle rovnice y,sin3t (,s). Vypočítejte ineticou energii tělesa v rovnovážné poloze. 8. Těleso hotnosti g oná netluený haronicý pohyb podle rovnice y 3sint (,s). Určete jeho potenciální energii v bodě vratu. 9. Těleso hotnosti g oná netluený haronicý pohyb podle rovnice y,sin3t (,s). Ve vzdálenosti, od rovnovážné polohy á potenciální energii,9 J. Určete v této poloze jeho ineticou energii.. Těleso oná netluený haronicý pohyb. Perioda pohybu je s. Celová energie tělesa je 3. -5 J a axiální síla působící na těleso á veliost,5. -3 N. Určete aplitudu výchyly.. Kitající soustava pružina + těleso á echanicou energii J. Kitání probíhá s aplitudou výchyly c a axiální rychlost tělesa je, /s. a) Určete tuhost pružiny. ( = N. - ) b) Určete hotnost tělesa. ( =,39 g) c) Určete frevenci itání. (f =,9 Hz)