3.1.3 Rychlost a zrychlení harmonického pohybu



Podobné dokumenty
3.1.2 Harmonický pohyb

3.2.2 Rovnice postupného vlnění

3.2.2 Rovnice postupného vlnění

3.1.8 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

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

Téma: Analýza kmitavého pohybu harmonického oscilátoru

Vznik střídavého proudu Obvod střídavého proudu Výkon Střídavý proud v energetice

Podívejte se na časový průběh harmonického napětí

Laboratorní práce č. 3: Kmitání mechanického oscilátoru

B. MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ

MECHANICKÉ KMITÁNÍ NETLUMENÉ

Tento text se snaží být takovým atlasem elementárních funkcí podobně jako atlas hub, ptáků či květin.

Newtonův zákon I

Grafy funkcí odvozených z funkcí sinus a cosinus I

Mechanické kmitání (oscilace)

2. Sestrojte graf závislosti prodloužení pružiny na působící síle y = i(f )

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

Příklady kmitavých pohybů. Mechanické kmitání (oscilace)

(test version, not revised) 9. prosince 2009

( ) ( ) Newtonův zákon II. Předpoklady:

MECHANICKÉ KMITÁNÍ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

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

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

MECHANIKA - DYNAMIKA Teorie Vysvětlete následující pojmy: Setrvačnost:

6.2.5 Pokusy vedoucí ke kvantové mechanice IV

Derivace goniometrických. Jakub Michálek,

Základy elektrotechniky

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

pracovní list studenta

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

Digitální učební materiál

VY_32_INOVACE_06_III./1._OBVOD STŘÍDAVÉHO PROUDU

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

Mechanické kmitání Kinematika mechanického kmitání Vojtěch Beneš

Digitální učební materiál

pracovní list studenta Kmitání Studium kmitavého pohybu a určení setrvačné hmotnosti tělesa

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

Mechanické kmitání a vlnění

5. Pro jednu pružinu změřte závislost stupně vazby na vzdálenosti zavěšení pružiny od uložení

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

Rychlost, zrychlení, tíhové zrychlení

Měření tíhového zrychlení reverzním kyvadlem

Funkce kotangens

Pedagogická poznámka: Cílem hodiny je zopakování vztahu pro hustotu, ale zejména nácvik základní práce se vzorci a jejich interpretace.

Nakloněná rovina III

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.

MĚŘENÍ NA ASYNCHRONNÍM MOTORU

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Studium harmonických kmitů mechanického oscilátoru

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

Srovnání klasického a kvantového oscilátoru. Ondřej Kučera

Konvexnost, konkávnost

Newtonův zákon I

3.1.6 Dynamika kmitavého pohybu, závaží na pružině

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

Mechanické kmitání - určení tíhového zrychlení kyvadlem

Pár zajímavých nápadů

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

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

Harmonické oscilátory

Připravil: Roman Pavlačka, Markéta Sekaninová Dynamika, Newtonovy zákony

Laboratorní úloha č. 3 Spřažená kyvadla. Max Šauer

Funkce tangens. cotgα = = Předpoklady: B a. A Tangens a cotangens jsou definovány v pravoúhlém trojúhelníku: a protilehlá b přilehlá

Grafy funkcí odvozených z funkcí sinus a cosinus II

Jednotky zrychlení odvodíme z výše uvedeného vztahu tak, že dosadíme za jednotlivé veličiny.

Skládání kmitů

Funkce kotangens. cotgα = = Zopakuj všechny části předchozí kapitoly pro funkci kotangens. B a

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

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

Nakloněná rovina II

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

Tlumené kmity. Obr

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

Příklad 5.3. v 1. u 1 u 2. v 2

Funkce tangens. cotgα = = B a. A Tangens a cotangens jsou definovány v pravoúhlém trojúhelníku: a protilehlá b přilehlá.

4.3.2 Goniometrické nerovnice

2.8.6 Parametrické systémy funkcí

Měření tíhového zrychlení matematickým a reverzním kyvadlem

STANOVENÍ TÍHOVÉHO ZRYCHLENÍ REVERZNÍM KYVADLEM A STUDIUM GRAVITAČNÍHO POLE

Obsah 11_Síla _Znázornění síly _Gravitační síla _Gravitační síla - příklady _Skládání sil _PL:

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

F MATURITNÍ ZKOUŠKA Z FYZIKY PROFILOVÁ ČÁST 2017/18

4.3.3 Goniometrické nerovnice I

Fyzikální praktikum I

23. Mechanické vlnní. Postupné vlnní:

4.3.3 Goniometrické nerovnice

1 Elektrotechnika 1. 11:00 hod. = + Δ= = 8

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/

Úlohy pro samostatnou práci k Úvodu do fyziky pro kombinované studium

1A Impedance dvojpólu

( x) ( ) ( ) { } Vzorce pro dvojnásobný úhel II. Předpoklady: Urči definiční obor výrazů a zjednoduš je. 2. x x x

Řešení: Odmocninu lze vždy vyjádřit jako mocninu se zlomkovým exponentem. A pro práci s mocninami = = = 2 0 = 1.

Kmitání mechanického oscilátoru Mechanické vlnění Zvukové vlnění

Rezonanční jevy na LC oscilátoru a závaží na pružině

2.6.6 Sytá pára. Předpoklady: 2604

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Testovací příklady MEC2

Poznámky k cvičením z termomechaniky Cvičení 9.

Derivace goniometrických funkcí

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

Transkript:

3.1.3 Rychlost a zrychlení haronického pohybu Předpoklady: 312 Kroě dráhy (výchylky) popisujee pohyb i poocí dalších dvou veličin: rychlosti a zrychlení. Jak budou vypadat jejich rovnice? Společný graf výchylky, rychlosti a zrychlení koštěte (naěřené hodnoty) Poloha s osou vlevo rychlost a zrychlení s osou vpravo 2 4 15 3 1 2 5 1 2 4 6 8 1-5 poloha [c] rychlost[c/s] zrychlení[c/s2] -2 5-3 -2-4 Zdá se, že i ostatní pohybové veličiny ají tvar sinusoid, se stejnou frekvencí, ale s jinou výškou a jiný posunutí. Postřeh ověříe na grafu z vypočtených hodnot. Společný graf výchylky, rychlosti a zrychlení koštěte (vypočtené hodnoty) 1

Poloha s osou vlevo rychlost a zrychlení s osou vpravo 2 4 15 3 1 2 5 1 2 4 6 8 1-5 poloha [c] rychlost[c/s] zrychlení[c/s2] -2 5-3 -2-4 Pokud počítáe rychlost a zrychlení z ideálních (vypočtených) hodnot, grafy rychlost i zrychlení se vyhladí a získají tvar dokonalých sinusovek. Kvůli velkéu časovéu úseku při výpočtu jsou v grafu dvě chyby špatný tvar křivek na počátku a alé posunutí po časové ose. Společný graf výchylky, rychlosti a zrychlení koštěte (vypočtené hodnoty opravené) Poloha s osou vlevo rychlost a zrychlení s osou vpravo (všechny hodnoty spočtené) 2 4 15 3 1 2 5 1 2 4 6 8 1-5 poloha [c] rychlost[c/s] zrychlení[c/s2] -2 5-3 -2-4 Rovnice pro výchylku: y = y ( ω t) sin. 2

Hledáe vztah pro okažitou rychlost v = : jiná výška ísto y použijee v, stejná úhlová frekvence, graf začíná v axiální výchylce jako funkce y = cos x, v = v cos ω t. ( ) Hodnota v usí být určena paraetry pohybu y a ω. Větší výchylka, větší frekvence ( kratší perioda) kyvadlo se usí pohybovat rychleji, aby za periodu stačilo udělat kit v = yω. v = y ω cos ω t. Rovnice okažité rychlosti haronického pohybu: ( ) Př. 1: Urči axiální rychlost koštěte a porovnej vypočtenou hodnotu s hodnotou v grafu. Pro výpočet využij hodnoty získané v inulé hodině ( y = 14c, T = s ). 1 1 y = 14c, ω = 2π f = 2π = 2π rad s =,22 rad s T v = yω = 14,22c s = 31c s Vypočtená hodnota odpovídá nejen hodnotá axiální rychlosti vypočtené z ideálních hodnot výchylek, ale i hodnotá vypočtený z původních naěřených hodnot. Hledáe vztah pro okažité zrychlení a = : jiná výška ísto y použijee a, stejná úhlová frekvence, graf jde opačný sěre než graf výchylky jako funkce y = sin x. a = a sin ( ω t) = a sin ( ω t) 2 Hodnota a usí být určena paraetry pohybu v a ω a = vω = yω. Logické: větší axiální rychlost a frekvence ( kratší perioda) kyvadlo usí rychleji ěnit rychlost, aby za periodu stačilo udělat kit. a = y ω 2 sin ω t. Rovnice okažitého zrychlení haronického pohybu: ( ) Př. 2: Urči axiální zrychlení koštěte a porovnej vypočtenou hodnotu s hodnotou v grafu. Pro výpočet využij hodnoty získané v inulé hodině ( y = 14c, T = s ). y = 14c, ω =,22 rad s 2 2-2 -2 a = yω = 14, 22 c s = 6,9c s Vypočtená hodnota odpovídá nejen hodnotá axiálního zrychlení vypočteného z ideálních hodnot výchylek, ale i hodnotá vypočtený z původních naěřených hodnot. Př. 3: Vypočti hodnotu okažité rychlosti a okažitého zrychlení koštěte v 5 s. Spočtené výsledky porovnej s naěřenýi hodnotai. koště: y = 14 c, ω =,22 rad s v5 = yω cos ω t = 14,22 cos, 22 5 =,14c s rychlost: ( ) ( ) 3

Naěřená hodnota v 5 = 7,5c s, vypočtená hodnota odpovídá naěřené hodnotě, koště se nachází téěř v axiální poloze, rychlost by ěla být přibližně nulová. 2 2-2 zrychlení: a5 = yω sin ( ω t) = 14, 22 sin (, 22 5) = 6,9c s -2 Naěřená hodnota a 5 = 6,25c s, vypočtená hodnota odpovídá naěřené hodnotě, koště se nachází téěř v axiální poloze, zrychlení by ělo být přibližně axiální. Pedagogická poznáka: Při průchodu se třídou 4.213 jse získali kvůli rozdílů v zaokrouhlování několik podstatně se lišících výsledků pro rychlost: v5 = yω cos ( ω t) = 14,22 cos (, 22 5) =,14c s ( ω ) ( ) v5 = yω cos t = 14,222 cos, 222 5 = 3, 24c s 2π 2π v5 = yω cos( ω t) = 14 cos 5 3, 27 c s = 28, 3 2π v5 = yω cos( ω t) = 14, 22 cos 5 = 3,24c s 2π v5 = yω cos( ω t) = 14 cos(, 22 5) = 3, 24c s Můžete s žáky rozvinout diskusi o to, proč se stejná íra zaokrouhlení projeví u počáteční rychlosti daleko éně než u úhlové frekvence (počítáe rychlost po téěř dvou periodách a proto se chyba "počítala" dvakrát). Př. 4: 1 Struna na kytaře kitá pokud hrajee tón a s frekvencí 44 Hz. Urči axiální rychlost a axiální zrychlení jejího pohybu, pokud kitá s axiální výchylkou 2. f = 44 Hz, y = 2 =,2 ω = 2π f = 2π 44 = 88π rad s = 2765 rad s v = y ω =,2 2765 s = 5,5 s 2 2-2 -2 a = yω =,2 2765 s = 15 s Hlavně axiální zrychlení dosahuje překvapivé hodnoty, která odpovídá velké frekvenci pohybu (je způsobena velkou silou působící na alou hotnost struny). Př. 5: Popiš slovně, jak se ění okažitá výchylka, okažitá rychlost i okažité zrychlení závaží při jeho kitavé pohybu na pružině. Ve kterých polohách je rychlost závaží axiální? Ve kterých polohách je zrychlení závaží axiální. Zdůvodni i poocí Newtonových pohybových zákonů. Pohyb ůžee rozdělit do čtyř fází. Závaží jde z rovnovážné polohy nahoru: zvětšují se kladné výchylky závaží, rychlost se zenšuje (výsledná síla působící na závaží sěřuje dolů), zrychlení je záporné se zvětšující se hodnotou (pružina se zkracuje a tí se zvětšuje výsledná síla působící na závaží sěre dolů), v axiální kladné výchylce se závaží na okažik zastaví, jeho rychlost se ění s největší záporný zrychlení (pružina je axiálně zkrácena a na závaží působí axiální výsledná síla sěre dolů). 4

Závaží jde z axiální kladné výchylky dolů do rovnovážné polohy: zenšují se kladné výchylky závaží, rychlost á záporné znaénko, její velikost se zvětšuje (výsledná síla působící na závaží sěřuje dolů), zrychlení je záporné se zenšující se hodnotou (pružina se prodlužuje a tí se zenšuje výsledná síla působící na závaží sěre dolů), v rovnovážné poloze je výchylka nulová, rychlost je záporná s největší hodnotou a zrychlení je nulové. Závaží jde z rovnovážné polohy dolů: zvětšují se záporné výchylky závaží, rychlost á záporné znaínko, její velikost se zenšuje (výsledná síla působící na závaží sěřuje nahoru), zrychlení je kladné se zvětšující se hodnotou (pružina se prodlužuje a tí se zvětšuje výsledná síla působící na závaží sěre nahoru), v axiální záporné výchylce se závaží na okažik zastaví, jeho rychlost se ění s největší kladný zrychlení (pružina je axiálně prodloužena a na závaží působí axiální výsledná síla sěre nahoru). Závaží jde z axiální záporné výchylky nahoru do rovnovážné polohy: zenšují se záporné výchylky závaží, rychlost á kladné znaénko, její velikost se zvětšuje (výsledná síla působící na závaží sěřuje nahoru), zrychlení je záporné se zenšující se hodnotou (pružina se zkracuje a tí se zenšuje výsledná síla působící na závaží sěre nahoru), v rovnovážné poloze je výchylka nulová, rychlost je kladná s největší hodnotou a zrychlení je nulové. Maxiální rychlost á závaží vždy při průchodu rovnovážnou polohou. Maxiální zrychlení á závaží vždy v krajních polohách. Shrnutí: Při haronické kitavé pohybu jsou i okažité hodnoty rychlosti a zrychlení popsány poocí funkce sinus. 5