Ympyräliike
Transcription
Ympyräliike
Ympyräliike Haarto & Karhunen www.turkuamk.fi Ympyräliike • Liittyy ympyrärataa liikkuvaan kappaleeseen Pyörimisliike • Liittyy jäykän kappaleen pyörimiseen akselinsa ympäri www.turkuamk.fi Tasainen ympyräliike • Vakionopeus ympyräradalla • Kiihtyvyys kohtisuorassa vauhdin suuntaa vastaan ja kohti ympyrän keskipistettä. • Keskeiskiihtyvyys v2 ar r • missä v on nopeus ja r on ympyrän säde. • Keskeiskiihtyvyyden nimityksiä • Radiaalinen kiihtyvyys • Normaalikiihtyvyys • Sentripetaalikiihtyvyys www.turkuamk.fi Keskihakuvoima • Kokonaisvoima, mikä tarvitaan pitämään hiukkanen, jonka massa on m ja jonka vauhti on v, r-säteisellä ympyräradalla. v2 Fr mar m r • Keskihakuvoima ei ole itsenäinen voima, vaan se muodostuu hiukkaseen vaikuttavista voimista, esim. N ja G. • Newtonin 2. laki. F ma F i r r www.turkuamk.fi • Keskihakuvoima Aiheuttaa vain nopeuden suunnan muutoksen. Ei tee työtä, koska voimalla ei ole komponenttia siirtymän suuntaan. Ei aiheuta hiukkasen energian muutosta • ”Keskipakovoima” ei ole aito voima, vaan tuntemus, joka aiheutuu massan hitaudesta www.turkuamk.fi Esimerkki ympyräliikkeestä pystytasossa • Lentokoneella tehdään pystysuora 250 m säteinen silmukka nopeudella 85 m/s. Laske massaltaan 85 kg lentäjään tuolin kohdistama tukivoima silmukan alimmassa ja ylimmässä pisteessä. N ar ar m 85 kg v 85 m/s r 250 m mg mg N mg mar m 2 v r v2 N m mg 3300 N r N v2 N mg mar m r v2 N m mg 1600 N r www.turkuamk.fi Esimerkki ympyräliikkeestä vaakatasossa • Tien mutka on kallistettu siten, että mutkasta voi ajaa vauhdilla 54 km/h (15 m/s) ilman sivuttaissuuntaista kitkaa. Mutkan kaarevuussäde on 64 m. Laske tien kaltevuuskulma. r 64 m v 15 m/s mg N cos mg N cos v2 N sin mar m r mg v2 sin m r cos v2 tan 20 gr Ncosa N ar Nsina mg www.turkuamk.fi Pyörimisliikkeen suureita s r • Kulma kaaren pituus ympyrän säde yksikkö: rad = radiaani • Keskimääräinen kulmanopeus k • Yksikkö: rad/s = 1/s t • Pyörimisnopeus (kierrostaajuus): rpm = kierros/min • Yksikkömuunnos: rpm kierros 2π rad min 60 s • Keskimääräinen kulmakiihtyvyys • Yksikkö : rad/s2 = 1/s2 k t www.turkuamk.fi Eteneväliike ja pyörimisliike v r • Etäisyydellä r pyörimisakselista olevan pisteen vauhti • Etäisyydellä r pyörimisakselista olevan pisteen keskeiskiihtyvyys (kohti pyörimisakselia) v2 ar r r 2 • Etäisyydellä r pyörimisakselista olevan pisteen tangentiaalinen (nopeuden suuntainen) kiihtyvyys a r t www.turkuamk.fi Tasaisesti muuttuva pyörimisliike • Kulmakiihtyvyys on vakio • Analogiset kaavat suoraviivaisen liikkeen kanssa 0 t k t 0 2 v v0 at t v0 v x vk t t 2 0t 12 t 2 x v0t 12 at 2 2 02 2 v 2 v02 2ax www.turkuamk.fi Esimerkki • Kiintolevyn säde on 4,5 cm ja pyörimisnopeus 3600 rpm. 2π 380 s -1 • Laske levyn kulmanopeus. 3600 60 s 2π t t T 0,017 s • Laske kierrosaika. • Laske kehän vauhti. v r 17 m/s • Laske kehän keskeiskiihtyvyys. ar r 2 6400 m/s 2 • Levyn kulmakiihtyvyys käynnistyksessä on 120 rad/s2. Kuinka monta kierrosta levy tekee ennen kuin saavuttaa pyörimisnopeuden 3600 rpm? 2 02 2 592 rad 2 2 2 0 N 2π 94 kierrosta www.turkuamk.fi