מכניקה - 1 פיסיקה – דף נוסחאות
Transcription
מכניקה - 1 פיסיקה – דף נוסחאות
דף נוסחאות – פיסיקה - 1מכניקה ווקטור היחידה ווקטור יחידה: ווקטורי יחידה בכיוון הצירים: ⃗𝑎 |𝑎| ̂𝑖)𝑋: (1,0,0 ̂𝑗)Y: (0,1,0 ̂𝑘)Z: (0,0,1 = ̂𝛌 גודל ווקטור יחידה: |𝛌̂| = 1 פעולות עם ווקטורים מכפלה סקלרית של שני ווקטורים: (מחזירה גודל) 𝜃𝑠𝑜𝑐 ∙ |𝐵| ∙ |𝐴| = ⃗⃗ 𝐵 ∙ ⃗𝐴 מכפלה ווקטורית: (כיוון ווקטור התוצאה מאונך למישור שני הווקטורים הנתונים) 𝜃𝑛𝑖𝑠|𝐵||𝐴|̂𝛌 = ⃗⃗ 𝐵 × ⃗𝐴 = ⃗𝐶 ̂𝑘 | 𝑎23 𝑎33 ̂𝑗 𝑎22 𝑎32 ̂𝑖 |𝑎21 𝑎31 ) +𝑖̂(𝑎22 𝑎33 − 𝑎23 𝑎32 ) − 𝑗̂(𝑎21 𝑎33 − 𝑎23 𝑎31 ) + 𝑘̂(𝑎21 𝑎32 − 𝑎22 𝑎31 קינמטיקה ∆𝑥 = 𝑥2 − 𝑥1 העתק: שינוי ∆𝑡 = 𝑡2 − 𝑡1 בזמן: 𝑥∆ 𝑡∆ מהירות ממוצעת: מהירות רגעית: = 𝑔𝑣𝑎𝑣 𝑥𝑑 𝑡d𝑡→0 d 𝑣⃗(𝑡) = lim תאוצה ממוצעת: 𝑣∆ 𝑡∆ תאוצה רגעית: ⃗𝑟 𝑑𝑣 𝑑 2 = = 𝑑𝑡 𝑑𝑡 2 ווקטור מיקום בכל רגע: (רדיוס-ווקטור) ווקטור מהירות בכל רגע: נגזרת של ווקטור מיקום ווקטור תאוצה בכל רגע: נגזרת של ווקטור מהירות = 𝑚 [𝑎 ]𝑠 2 𝑚⃗𝑎 𝑠2 ))𝑡(𝑧 𝑟⃗(𝑡) = (𝑥(𝑡), 𝑦(𝑡), ))̇ = 𝑟⃗(𝑡)𝑑𝑡 = (v (t), v (t), v (t )𝑡(⃗𝑟 = )𝒕(⃗⃗ 𝒗 x y z 𝑡𝑑𝑡 ))𝑡( 𝑎 ̈ = 𝑣⃗̇(𝑡) = 𝑣⃗⃗(𝑡)𝑑𝑡 = (𝑎 (𝑡), 𝑎 (𝑡), )𝑡(⃗𝑟=)𝒕(⃗⃗ 𝒂 𝑥 𝑦 𝑧 𝑡𝑑𝑡 ווקטור מהירות בכל רגע: 𝑡 𝑡 𝑡𝑑 𝑥⃗𝑎 ∫ 𝑣𝑥 (𝑡) = 𝑣⃗𝑥 𝑡 + 1 𝑡1 𝑡𝑑⃗𝑎 ∫ 𝑣⃗𝑡 = 𝑣⃗𝑡1 + 𝑡1 𝑡 𝑡𝑑 𝑦⃗𝑎 ∫ 𝑣𝑦 (𝑡) = 𝑣⃗𝑦 𝑡 + 1 𝑡1 𝑡 𝑡𝑑 𝑧⃗𝑎 ∫ 𝑣𝑧 (𝑡) = 𝑣⃗𝑧 𝑡 + 1 𝑡1 𝑡 ווקטור מיקום בכל רגע (קואורדינטה): 𝑡𝑑)𝑡( 𝑥⃗𝑣 ∫ 𝑥(𝑡) = 𝑥𝑡1 + 𝑡1 𝑡 𝑡𝑑)𝑡( 𝑥⃗𝑣 ∫ 𝑦(𝑡) = 𝑦𝑡1 + 𝑡1 𝑡 𝑡𝑑)𝑡( 𝑥⃗𝑣 ∫ 𝑧(𝑡) = 𝑧𝑡1 + 𝑡1 𝑡 𝑡𝑑)𝑡(⃗𝑣 ∫ 𝑟⃗𝑡 = 𝑟⃗𝑡1 + 𝑡1 וקטור תאוצה: 𝑡𝑑)𝑡(⃗𝑣 = )𝑡(⃗𝑎 𝑡𝑑 𝑡 נגזרת של ווקטור המהירות לפי t גודל וקטור תאוצה: |𝑎⃗(𝑡)| = √(𝑎𝑥 )2 + (𝑎𝑦 )2 + (𝑎𝑧 )2 וקטור תאוצה משיקית(טנגנטית): 𝑇𝑎 )⃗⃗⃗⃗⃗(t ̂𝑣|)𝑡( = |𝑎⃗T גודל וקטור תאוצה משיקית(טנגנטית): ̂𝑣𝑎 = |)𝑡( |𝑎⃗T גודל וקטור תאוצה משיקית (טנגנטית): 𝑡𝑑|)𝑡(𝑣| 𝑡𝑑𝑡 (דרך נוספת :נגזרת של גודל המהירות) וקטור תאוצה מאונכת (נורמלית): = |)𝑡( |𝑎⃗T )𝑡(⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑎⃗N (t) = 𝑎⃗(𝑡) − 𝑇𝑎 גודל וקטור תאוצה מאונכת (נורמלית): |𝑎⃗N (𝑡)| = √|𝑎⃗(𝑡)|2 − |𝑎⃗T |2 נובע ממשפט פיתגורס תנועה בתאוצה קבועה ווקטור מיקום\רדיוס ווקטור כפונקציה של זמן: 1 2 𝑡⃗𝑎 2 מהירות כפונקציה של זמן: 𝑟⃗(𝑡) = 𝑟⃗0 + 𝑣⃗0 𝑡 + 𝑡⃗𝑎 𝑣⃗(𝑡) = 𝑣⃗0 + 1 𝑣𝑦 (𝑡) = 𝑣0 − 𝑔𝑡 2 2 מהירות בציר ( yאנכי) נפילה חופשית: תנועה יחסית מהירות יחסית: מהירות של 1ביחס ל 2 )𝑡( 𝑣1,2 (𝑡) = 𝑣1 (𝑡) − 𝑣2 עבודה ואנרגיה משפט עבודה ואנרגיה: עבודת כוחות לא משמרים: עבודת כח במסלול: 𝑘𝐸∆ = 𝑙𝑎𝑡𝑜𝑡𝑤 𝑤𝑛.𝑐 = ∆E = 𝐸2 − 𝐸1 𝐵 𝐵 𝑧𝑑 𝑧𝐹 𝑤𝐹⃗ = ∫ 𝐹⃗ ∙ 𝑑𝑟⃗ = ∫ 𝐹𝑥 𝑑𝑥, 𝐹𝑦 𝑑𝑦, 𝐴 עבודת כח מכפלה סקלרית: 𝐴 𝜃 𝑤𝐹⃗ = 𝐹 ∙ ∆𝑟 ∙ cos הזווית 𝜃 היא הזווית בין הכיוון החיובי של ווקטור הכח לכיוון החיובי של ווקטור ההעתק (זווית בין כיוון הכח לכיוון ההעתק) עבודת כח חיכוך תמיד שלילית אנרגיה קינטית: שינוי באנרגיה קינטית: 1 𝐸𝑘 = 2𝑚𝑣 2 1 1 ∆𝐸𝑘 = 2𝑚𝑣𝐵2 − 2𝑚𝑣𝐴2 אנרגיה קינטית סיבובית/גלגולית: 1 𝐸𝑘 = 𝐼𝜔2 2 אנרגיה פוטנציאלית כובדית: 𝐸𝑝 = 𝑚𝑔ℎ אנרגיה פוטנציאלית אלסטית: 1 𝐸𝑝 = 𝑘∆𝑙 2 2 מתקף ותנע תנע: ⃗𝑣𝑚 = ⃗𝑝 מתקף: 𝑡2 𝑡𝑑 ⃗𝐹 ∫ = ⃗𝑗 𝑡1 𝑡2 שינוי בתנע: 𝑡𝑑 ⃗𝐹 ∫ = 𝑝⃗𝑡2− 𝑝⃗𝑡1 𝑡1 חוק שימור תנע (חוק יסודי בפיסיקה): 𝑝⃗𝑡2= 𝑝⃗𝑡1 מתקיים במערכת סגורה ,כאשר לא פועלים על הגופים כוחות חיצוניים משפט שינוי התנע: 𝑡2 𝑡𝑑 𝑙𝑎𝑛𝑟𝑒𝑡𝑥𝑒⃗𝐹 ∫ = 𝑃⃗⃗𝑡2 − 𝑃⃗⃗𝑡1 (עבור מערכת גופים) רק כח חיצוני גורם לשינוי תנע המערכת. משפט שינוי התנע: 𝑡1 𝑡2 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑡𝑑 𝑙𝑎𝑛𝑟𝑒𝑡𝑥𝑒⃗𝐹 ∫ = 𝐽𝑒𝑥𝑡 = ∆𝑃⃗⃗ = 𝑃⃗⃗𝑡2 − 𝑃⃗⃗𝑡1 𝑡1 כאשר מדובר בכח חיצוני שפועל בזמן קצר מאוד המתקף החיצוני שואף לאפס ולכן השינוי בתנע הוא אפס התנגשות פלסטית: 𝑢) 𝑚1 𝑣⃗1 + 𝑚2 𝑣⃗2 = (𝑚1 + 𝑚2 ⃗⃗ שני הגופים לאחר התנגשות נעים יחד. אין שימור אנרגיה מכנית. פיצוץ = התנגשות פלסטית הפוכה התנגשות אלסטית לחלוטין: שני הגופים נפגשים ונפרדים. מתקיים שימור אנרגיה מכנית (קינטית). 𝑢 𝑚1 𝑣⃗1 + 𝑚2 𝑣⃗2 = 𝑚1 𝑢 ⃗⃗1 + 𝑚2 ⃗⃗2 1 1 1 + 2𝑚2 𝑣22 = 2𝑚1 𝑢12 + 2𝑚2 𝑢22 1 𝑚 𝑣2 2 1 1 ) 𝑥𝑣2𝑥 − 𝑣1𝑥 = −(𝑢2𝑥 − 𝑢1 משפט מהירות יחסית: עבור התנגשות אלסטית לחלוטין חד מימדית התנגשות כללית: שני הגופים נפגשים ונפרדים. אין שימור אנרגיה מכנית (קינטית). אלפא כפול = 111אחוז אנרגיה שנותרה. 𝑢 𝑚1 𝑣⃗1 + 𝑚2 𝑣⃗2 = 𝑚1 𝑢 ⃗⃗1 + 𝑚2 ⃗⃗2 1 𝑚 𝑢2 2 2 2 + 1 𝑚 𝑢2 2 1 1 = 1 )𝑚 𝑣2 2 2 2 + 1 (2𝑚1 𝑣12 ∝ זוויות ברדיאנים תנועה מעגלית 𝑣2 = 𝑟𝑎 𝑅 = 𝜔2 𝑅 תאוצה רדיאלית: מכוונת לכיוון מרכז המעקם מיקום קרטזי של נק' ע"ג מעגל: מהירות זוויתית: ))𝑡(𝜃(𝑛𝑖𝑠𝑅 𝑟⃗ = 𝑅𝑐𝑜𝑠(𝜃(𝑡)) , )𝑡(𝑣 𝑅 מהירות זוויתית: = )𝑡(𝜃𝑑 𝑡𝑑 𝑡2 𝑡𝑑 )𝑡(𝛼 𝜔(𝑡) = 𝜔0 + ∫𝑡1 תאוצה זוויתית: 𝑇𝑎 = 𝑅 מיקום זוויתי: (זווית שיוצר רדיוס ווקטור) 𝑑𝑎𝑟[)𝑡(𝜔 =] 𝑐𝑒𝑠 )𝑡(𝜔𝑑 𝑡𝑑 = )𝑡(𝛼 𝑡2 𝑡𝑑 )𝑡(𝜔 ∫ 𝜃(𝑡) = 𝜃0 + 1 𝜃∆ )𝜋(2 מספר סיבובים שהגוף ביצע: גודל מהירות משיקית (קווית): כיוון משיקי: )𝑡(𝜔𝑅 = |)𝑡(𝑉| )𝑡(𝜃𝑠𝑜𝑐 𝜑̂ = 𝑉̂ (𝑡) = −𝑠𝑖𝑛𝜃(𝑡), ווקטור מהירות משיקית: גודל תאוצה משיקית: משיקית: גודל תאוצה רדיאלית: כיוון רדיאלי: (ווקטור יחידה בכיוון (r גודל ווקטור תאוצה: ̂𝜑)𝑡(𝜔𝑅 = )𝑡(⃗𝑣 )𝑡(𝑣𝑑 𝑡𝑑 𝑣(𝑡)2 = 𝑅 = )𝑡(𝛼𝑅 = |)𝑡( 𝑇 𝑎| )𝑡( 2 𝜔𝑅 = |)𝑡( 𝑅𝑎| )𝑡(𝜃𝑛𝑖𝑠 𝑟̂ = 𝑐𝑜𝑠𝜃(𝑡), |𝑎⃗(𝑡)| = √(𝑎 𝑇 )2 + (𝑎𝑅 )2 אורך קשת מעגל: )𝑡(𝜃𝑅 = )𝑡(𝑠 משוואת תנועה ע"פ קשת מעגל: 𝑡2 𝑡𝑑 )𝑡(𝑣 ∫ 𝑠(𝑡) = 𝑠0 + 𝑡1 מהירות קווית בתנועה ע"פ קשת מעגל: )𝑡(𝑠𝑑 = )𝑡(𝑣 𝑡𝑑 מהירות קריטית( :בנקודת הפיק) 𝑅𝑔√ = 𝑐𝑖𝑡𝑖𝑟𝑐𝑣 כח נורמלי מתאפס בראש מסלול מעגלי תנועה מעגלית קצובה 𝜋2 𝑣 = 𝑓𝜋= 2 𝑇 𝑅 מהירות זוויתית: זווית שגמע הגוף: =𝜔 𝜔t = θ תדירות: 1 𝑇 =𝑓 𝑅𝜋1 2 = 𝑓 𝑣 =𝑇 (מחזורים לשניה) זמן מחזור: זמן שבו הגוף משלים סיבוב 𝑅𝜋2 𝑇 מהירות משיקית = 𝑓𝑅𝜋𝑣 = 2 תנע זוויתי תנע זוויתי: 𝑝 × 𝑟 = ⃗⃗𝐿 ⃗𝑣𝑚 × ⃗𝑟 = ⃗⃗𝐿 )⃗𝑣 × ⃗𝑟(𝑚 = ⃗⃗𝐿 גודל תנע זוויתי: תנע זוויתי נשמר כאשר על הגוף פועלים רק כוחות שמכוונים למרכז (מכיון שאין כוחות שיוצרים מומנט) מומנט חיצוני גורם לשינוי בתנע זוייתי ]|𝐿⃗⃗| = 𝑚 ∙ 𝑟 ∙ 𝑣 ∙ sin(𝛼) [𝑗 ∙s |𝐿⃗⃗|1 = |𝐿⃗⃗|2 גרביטציה 𝐺𝑀1 𝑚2 𝑟2 חוק הכבידה האוניברסלי: =𝐹 קבוע הכבידה: 𝐺 = 6.67𝑥10−11 אנרגיה גרביטציונית: 𝐺𝑀1 𝑚2 𝑟 אנרגיה של גוף שנע בתנועה מעגלית: 𝐺𝑀1 𝑚2 𝑟2 מהירות מילוט: חוק שלישי של קפלר: חוק זמני מחזור של כוכבי לכת סביב השמש E=− 𝑀𝐺2 √=V 𝑅 מהירות לויין של כדוה"א ברדיוס :r תנועת לויין במסלול מעגלי בהשפעת כח כבידה בלבד. 𝑈𝐺 = − 𝐸𝑀𝐺 √ = 𝑡𝑎𝑠𝑣 𝑟 𝑇 2 4𝜋 2 = 𝑠𝑀𝐺 𝑟 3 𝑚 𝐸𝑀𝐺 𝑣2 𝑚= 𝑟2 𝑟 4𝜋 2 𝑎3 2 = 𝑇 𝑠𝑀𝐺 aהוא מחצית הציר הראשי של האליפסה (הקטע הכי ארוך) מסת השמש מסת כדור הארץ מסת הירח רדיוס כדור הארץ רדיוס הירח ]𝑔𝑘[ 𝑀𝑠𝑢𝑛 = 1.99 ∙ 1030 ]𝑔𝑘[ 𝑀𝑒𝑎𝑟𝑡ℎ = 5.974 ∙ 1024 ]𝑔𝑘[ 𝑀𝑚𝑜𝑜𝑛 = 7.35 ∙ 1022 ]𝑚[ 𝑅𝑒𝑎𝑟𝑡ℎ = 6.38 ∙ 106 ]𝑚[ 𝑅𝑚𝑜𝑜𝑛 = 1.74 ∙ 106 זוויות ברדיאנים תנועה הרמונית פשוטה ) 𝑥(𝑡) = 𝐴𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡 + 𝜑0 מיקום בכל רגע: ) 𝑣(𝑡) = 𝑥̇ (𝑡) = −𝐴𝜔𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡 + 𝜑0 מהירות בכל רגע: מהירות בנקודת שיווי משקל: 𝜔𝐴 = 𝑥𝑎𝑚𝑉 ) 𝑎(𝑡) = 𝑣̇ (𝑡) = 𝑥̈ (𝑡) = −𝐴𝜔2 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡 + 𝜑0 תאוצה בכל רגע: 𝜋𝐾 2 = √=𝜔 𝑚 𝑇 תדירות זוויתית של התנועה: פאזה התחלתית: 𝑥0 𝐴 𝑣0 𝜔𝐴 אמפליטודה: כאשר ידועים תנאי התחלה פתרונות של קוסינוס: = 𝑐𝑜𝑠𝜑0 𝑠𝑖𝑛𝜑0 = − 𝑣02 √ =𝐴 + 𝑥02 2 𝜔 𝐵 = 𝛼𝑠𝑜𝑐 𝑛𝜋𝛼 = 𝑐𝑜𝑠 −1 𝐵 + 2 𝑛𝜋𝛼 = −𝑐𝑜𝑠 −1 𝐵 + 2 פתרונות של סינוס: 𝐵 = 𝛼𝑛𝑖𝑠 𝑛𝜋𝛼 = 𝑠𝑖𝑛−1 𝐵 + 2 )𝐵 𝛼 = (𝜋−𝑠𝑖𝑛−1 𝑛𝜋+ 2 זמן מחזור מטוטלת מטמטית: 𝐿 √𝜋= 2 𝑔 𝑡𝑒𝑙𝑒𝑡𝑜𝑡𝑒𝑚𝑇 הנוסחא לא מתאימה עבור מצב התחלתי שהגוף בנק האמפליטודה או כשהגוף בנק הש"מ. תנועת גוף קשיח אנרגיה קינטית סיבובית: מומנט התמד (אינרציה) של נקודת מרכז מסה 1 𝐸 = 𝐼𝜔2 2 I = 𝑚𝑅 2 מסה מסתובבת במרחק rמציר מומנט התמד מסה – מוט אחיד מוט אחיד מסתובב סביב ציר בקצה המוט מומנט התמד מסה – מוט אחיד מוט אחיד מסתובב סביב ציר במרכז המוט 1 𝐼 = 𝑚𝐿2 3 1 𝑚𝐿2 12 =𝐼 מומנט התמד מסה – גליל מלא 1 𝐼 = 𝑚𝑅 2 2 מומנט התמד – דיסקה,צינור 1 ) I = 𝑚(𝑅12 + 𝑅22 2 מומנט התמד – כדור מלא 2 𝐼 = 𝑚𝑅 2 5 מומנט התמד – ספירה כדור חלול 2 𝐼 = 𝑚𝑅 2 3