ΤΕΧΝΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ 2. ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ

Σχετικά έγγραφα
TEXNIKH MHXANIKH 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

TEXNIKH MHXANIKH 4. ΦΟΡΕΙΣ, ΔΟΚΟΙ, ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΔΥΝΑΜΕΩΝ ΚΑΙ ΡΟΠΩΝ

c m E F m F F F M C E C M E

στοιχεία Βιο-μηχανική:

3 Ροπή δύναμης ισορροπία σωμάτων

ΕΝΟΤΗΤΑ 1.2 ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΕ ΜΙΑ ΔΙΑΣΤΑΣΗ

ΤΕΧΝΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ- ΥΝΑΜΕΙΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΚΑΙ ΣΤΟ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΔΥΝΑΜΕΙΣ Μέρος 1ο

Συστήματα συντεταγμένων

TEXNIKH MHXANIKH 6. ΕΦΕΛΚΥΣΜΟΣ-ΘΛΙΨΗ

1.1.1 Εσωτερικό και Εξωτερικό Γινόμενο Διανυσμάτων

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 3//7/2013 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΡΑΠΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

TEXNIKH MHXANIKH 7. ΚΑΜΨΗ, ΔΙΑΤΜΗΣΗ, ΣΤΡΕΨΗ, ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Δυνάμεις. Απ : Δυο σώματα αλληλεπιδρούν όταν το ένα επηρεάζει με κάποιο τρόπο το άλλο

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Στερεό (Μέχρι Ροπή Αδράνειας) Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. Α)Σε κάθε μια από τις ερωτήσεις (1-4) να σημειώσετε στο τετράδιό σας τη σωστή απάντηση.

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ- 2018

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 2016

13 Γενική Μηχανική 2 Δυνάμεις Nόμοι του Newton 15/9/2014

13 Γενική Μηχανική 2 Δυνάμεις Nόμοι του Newton 15/9/2014

Κεφάλαιο 2. Διανύσματα και Συστήματα Συντεταγμένων

Κεφ.3 Δυνάμεις ΓΕΝΙΚΑ. Τα σώματα κινούνται (κεφ.2) και αλληλεπιδρούν. (κεφ.3)

Θέμα 1 ο Στις παρακάτω ερωτήσεις να επιλέξετε την σωστή απάντηση:

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΣΤΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΥΝΑΜΕΙΣ

21/6/2012. Δυνάμεις. Δυναμική Ανάλυση. Δυναμική ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΔΥΝΑΜΗΣ ΔΥΝΑΜΗ

Εισαγωγή στην Μηχανική - Εμβιομηχανική

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΙΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΡΟΠΕΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΣΤΕΡΕΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ

ΟΡΟΣΗΜΟ ΓΛΥΦΑΔΑΣ. 3.1 Στο σχήμα φαίνεται μία πόρτα και οι δυνάμεις που δέχεται. Ροπή ως προς τον άξονα z z έχει η δύναμη:

ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΤΑΞΗ / ΤΜΗΜΑ : Α ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ : ΑΠΡΙΛΙΟΥ 2016

12 η Εβδομάδα Ισορροπία Στερεών Σωμάτων. Ισορροπία στερεών σωμάτων

1 Η ΠΡΟΟΔΟΣ. Ενδεικτικές λύσεις κάποιων προβλημάτων. Τα νούμερα στις ασκήσεις είναι ΤΥΧΑΙΑ και ΟΧΙ αυτά της εξέτασης

Μηχανική Στερεού Ασκήσεις Εμπέδωσης

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

Π. Ασβεστάς Γ. Λούντος Τμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

Υπολογισμός ροπής αδράνειας. Για συνεχή κατανομή μάζας έχουμε:

ΣΥΝΤΗΡΗΤΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ

Τα σώματα τα έχουμε αντιμετωπίσει μέχρι τώρα σαν υλικά σημεία. Το υλικό σημείο δεν έχει διαστάσεις. Έχει μόνο μάζα.

ΓΕΝΙΚΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ - ΣΤΕΡΕΟΣΤΑΤΙΚΗ. 2. Στερεοστατική. 2.1 Ισοδύναμα συστήματα δυνάμεων Δύναμη

Κεφάλαιο 2. Διανύσματα και Συστήματα Συντεταγμένων

Κινησιολογία : Έννοιες : Βαρύτητα : Κέντρο βάρους : Άρθρωση : Τροχιά κίνησης : Εύρος τροχιάς(rom) : Ροπή : Μοχλός : Μοχλοί :

ΟΡΟΣΗΜΟ. 3.1 Στο σχήμα φαίνεται μία πόρτα και οι δυνάμεις που δέχεται. Ροπή ως προς τον άξονα z z έχει η δύναμη: α. σχήμα 1, β. σχήμα 2, γ.

F Στεφάνου Μ. 1 Φυσικός

ΒΑΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΠΡΟΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΑΠΟ ΤΗΝ Α ΚΑΙ Β ΛΥΚΕΙΟΥ. Από τη Φυσική της Α' Λυκείου

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΤΩΣΗ

Λυμένες ασκήσεις. Έργο σταθερής δύναμης

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ- 2015

Δυνάμεις. Οι Δυνάμεις εμφανίζονται μεταξύ 2 σωμάτων. Το ένα ασκεί δύναμη. στο άλλο και αλληλεπιδρούν. Ένα σώμα μόνο του ούτε ασκεί ούτε

ΣΧΟΛΙΑ ΙΑΦΑΝΕΙΩΝ ΙΑΛΕΞΗΣ ΜΕ ΤΙΤΛΟ: «ΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ ΣΤΙΣ ΑΡΘΡΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ»

ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΤΑΞΗ / ΤΜΗΜΑ : Α ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ : ΑΠΡΙΛΙΟΥ 2016

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΑΥΕΘΥΝΣΗΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Α (ΘΕΡΙΝΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 09/03/2014

1η Εργασία στο Μάθημα Γενική Φυσική ΙΙΙ - Τμήμα Τ1. Λύσεις Ασκήσεων 1 ου Κεφαλαίου


1. Εισαγωγή στην Κινητική

Επειδή Μ>m, θα είναι: (1), (2) α 1 <α 2, δηλαδή ο πατέρας έχει μεγαλύτερη μάζα από την κόρη του και θα αποκτήσει μικρότερη επιτάχυνση από αυτήν.

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ

Σύνθεση ανάλυση δυνάμεων

Στέφανος Πατεράκης - Φυσικοθεραπευτής

ΨΗΦΙΑΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΒΟΗΘΗΜΑ «ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ» ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Φυσική Β Γυμνασίου. Κεφ. 3 Δυνάμεις

ΘΕΜΑ 1 ο. ΘΕΜΑ 2 ο. ΘΕΜΑ 3 ο. ΘΕΜΑ 4 ο ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΜΑΤΑ. 1. Να διατυπωθούν οι τρεις νόμοι του Νεύτωνα.

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 15/10/2012 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΡΑΠΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

, g 10 m / s, / 2, / 2, Απάντηση

Κίνηση και αλληλεπίδραση: Δυο γενικά χαρακτηριστικά της ύλης 3.1 Η έννοια της δύναμης. Δύναμη που ασκείται από τραχιά επιφάνεια, Ανάλυση δύναμης

20/9/2012. Διδάσκοντες. Γραμμική κινηματική. Αξιολόγηση. Γωνιακή κινηματική. Γραμμική Κινητική Δυναμική

ΦΥΣΙΚΗ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΘΕΩΡΙΑΣ 2017

Ευθύγραμμη ομαλή κίνηση

ΤΕΧΝΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι -ΣΤΑΤΙΚΗ

Προσοχή : Να διαβάσετε τις οδηγίες στην τελευταία σελίδα! Θέµα 1ο

Κεφάλαιο 6β. Περιστροφή στερεού σώματος γύρω από σταθερό άξονα

ΣΥΝΟΨΗ 3 ου Μαθήματος

γραπτή εξέταση στο μάθημα

ΕΜΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ. Σοφία Α. Ξεργιά PT, MSc, PhD

L 1 L 2 L 3. y 1. Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε. / ΤΜΗΜΑ ΕΚΠΑΙΔΕΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΥ 2012 ΜΑΘΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗ Ι Καθηγητής Σιδερής Ε.

Μηχανικό Στερεό. Μια εργασία για την Επανάληψη

Βασικές ασκήσεις. Άσκηση 1

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. Μηχανική Στερεού Σώματος. Ροπή Δυνάμεων & Ισορροπία Στερεού Σώματος. Επιμέλεια: ΑΓΚΑΝΑΚΗΣ A.ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ, Φυσικός

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2010

6α) Ο δίσκος ισορροπεί με τη βοήθεια ενός νήματος παράλληλου στο κεκλιμένο επίπεδο. Αν το

5 η Εβδομάδα Έργο και κινητική ενέργεια. Ομαλή κυκλική κίνηση Έργο δύναμης Κινητική ενέργεια Θεώρημα έργου ενέργειας

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2019

Φυσική Β Γυμνασίου Συνοπτικές Σημειώσεις Επανάληψης

Δυνάμεις μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων ΘΕΜΑ Δ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 03/05/2015 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ ΣΤΕΡΕΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ

1. Κίνηση Υλικού Σημείου

ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΪΟΥ/ ΙΟΥΝΙΟΥ 2014

Φυσική για Μηχανικούς

Επιπρόσθετα για την δύναμη. Από το βιβλίο «Concepts in Physics CRM Books Del Mar California Επιλογή μόνον για την εκπαίδευση των φοιτητών

Ανάλυση βάδισης. Ενότητα 5: Κινητική ανάλυση 1

Κεφάλαιο 2: Διανυσματικός λογισμός συστήματα αναφοράς

υ λ γ. λ δ. λ 0 υ. Μονάδες 5

Για τις παραπάνω ροπές αδράνειας ισχύει: α. β. γ. δ. Μονάδες 5

ΕΝΟΤΗΤΑ 2: ΡΟΠΗ ΔΥΝΑΜΗΣ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Γ. γ) η στατική τριβή στον δίσκο καθώς και το μέτρο της δύναμης που ασκεί το κεκλιμένο επίπεδο στο δίσκο.

Ενημέρωση. Η διδασκαλία του μαθήματος, όλες οι ασκήσεις προέρχονται από το βιβλίο: «Πανεπιστημιακή

ΕΙΔΗ ΔΥΝΑΜΕΩΝ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕΔΟ

Φυσική για Μηχανικούς

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΣΧΟΛΙΑ Η δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα προκαλεί μεταβολή της ταχύτητάς του δηλαδή επιτάχυνση.

Άσκηση 8 9. Ιδια με την άσκηση 8, αλλά τώρα η συνισταμένη έχει αντίθετη κατεύθυνση.

Transcript:

ΤΕΧΝΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ 2. ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ ΓΚΛΩΤΣΟΣ ΔΗΜΗΤΡΗΣ dimglo@uniwa.gr Τμήμα Μηχανικών Βιοϊατρικής Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής Οκτώβριος 2018 1

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Δυνάμεις και Ροπές 2. Ασκήσεις: Στατική, μοχλοί, δυνάμεις και ροπές στο ανθρώπινο σώμα Απλά μοντέλα 3. Διανυσματικός λογισμός 4. Παραδείγματα Ασκήσεις πράξεις Διανυσμάτων 5. Ασκήσεις: Στατική, μοχλοί, δυνάμεις και ροπές στο ανθρώπινο σώμα Σύνθετα μοντέλα 2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Δυνάμεις και Ροπές 2. Ασκήσεις: Στατική, μοχλοί, δυνάμεις και ροπές στο ανθρώπινο σώμα Απλά μοντέλα 3. Διανυσματικός λογισμός 4. Παραδείγματα Ασκήσεις πράξεις Διανυσμάτων 5. Ασκήσεις: Στατική, μοχλοί, δυνάμεις και ροπές στο ανθρώπινο σώμα Σύνθετα μοντέλα 3

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ Δύναμη: δράση ενός σώματος σε ένα άλλο / αιτία αλλαγής της κινητικής κατάστασης ενός σώματος (αλλαγή θέσης) / αιτία παραμόρφωσης ενός σώματος (αλλαγή γεωμετρίας) / διανυσματικό μέγεθος Στατική: Όταν οι δυνάμεις εφαρμόζονται / ασκούνται σε σώματα που έχουν σταθερή θέση στο χώρο - ισορροπούν Δυναμική: Όταν οι δυνάμεις εφαρμόζονται / ασκούνται σε σώματα που μεταβάλλουν τη θέση τους στο χώρο κίνηση Αντοχή: Όταν οι δυνάμεις εφαρμόζονται / ασκούνται σε σώματα μεταβάλλοντας την μορφή τους (παραμόρφωση) 4

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ Νεύτωνας (1643 μ.χ.-1727 μ.χ.) φυσικός, μαθηματικός, αστρονόμος, φιλόσοφος 1 ος νόμος: ΣF=0 H συνισταμένη των δυνάμεων είναι μηδέν σε ένα σύστημα στο οποίο δεν ασκείται καμία εξωτερική δύναμη. Το σύστημα αυτό διατηρεί σταθερή την ταχύτητά του 2 ος νόμος: F = m * γ m: μάζα (ποσότητα ύλης) γ: επιτάχυνση 3 ος νόμος: Δράση Αντίδραση Μονάδα μέτρησης Δύναμης: Ν = Kg * m / sec 2, 1 N = 0,10 kp, 1 kp = 9.8 N 5

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ Ροπή: διανυσματικό μέγεθος που ορίζεται από το γινόμενο της δύναμης και της απόστασης. Δείχνει την τάση που έχει μια δύναμη να περιστρέψει το στέρεο σώμα στο οποίο ασκείται ως προς ένα σημείο ή έναν άξονα. Π.χ. Κίνηση οστώναρθρώσεων Μ = F * d F: δύναμη d: απόσταση Μονάδα μέτρησης Ροπής: Ν * m, kp * m Δύο βασικές ροπές είναι η ροπή κάμψης και ροπή στρέψης. Ροπή κάμψης: Δείχνει την τάση που έχει μια δύναμη να προκαλέσει κάμψη στο υλικό στο οποίο ασκείται Ροπή στρέψης: Δείχνει την τάση που έχει μια δύναμη να προκαλέσει στρέψη στο υλικό στο οποίο ασκείται 6

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Δυνάμεις και Ροπές 2. Ασκήσεις: Στατική, μοχλοί, δυνάμεις και ροπές στο ανθρώπινο σώμα Απλά μοντέλα 3. Διανυσματικός λογισμός 4. Παραδείγματα Ασκήσεις πράξεις Διανυσμάτων 5. Ασκήσεις: Στατική, μοχλοί, δυνάμεις και ροπές στο ανθρώπινο σώμα Σύνθετα μοντέλα 7

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ Δυνάμεις και Ροπές: Αριθμητικό παράδειγμα 2.1α -Έστω κάμψη της σπονδυλικής στήλης για την ανύψωση βάρους όπως φαίνεται στα παρακάτω σχήματα. Βρείτε την ροπή και τη δύναμη που χρειάζεται να ασκήσουν οι μύες του κορμού σε κάθε περίπτωση. Το πάχος των μυών του κορμού είναι 5cm 5cm 500N 20cm 500N 20cm 30cm 30cm 500N 40N 40N 40cm 40N A B Γ 8

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ Δυνάμεις και Ροπές: Αριθμητικό παράδειγμα 2.1β -Χρησιμοποιούμε το μοντέλο που θεωρεί ότι ο κορμός από τη μέση και πάνω είναι ένα ενιαίο στέρεο σώμα, ενώ η κάμψη γίνεται στην οσφυϊκή μοίρα και πιο συγκεκριμένα μεταξύ L4-L5 ή L5-S1 (ΗΑΤ model) -Ο οξύς πόνος στη μέση εμφανίζεται σχεδόν στο 80% των ανθρώπων τουλάχιστον μία φορά στη ζωή τους - Ασθένεια που διαρκεί έως και 7 εβδομάδες για την πλειοψηφία των ασθενών -Έχει άμεση σχέση με την στάση του σώματος -Στην καθιστή θέση η οσφυϊκή μοίρα πιέζεται ακόμα περισσότερο από ότι στην όρθια θέση -Η καλύτερη θέση θεωρείται ανάσκελα ξαπλωμένος -Οι σπόνδυλοι μπορούν να αντέξουν δυνάμεις τις τάξεως των μερικών kn Πηγή: https://sciencedemonstrations.fas.harv ard.edu/presentations/erector-spinaemuscle-forces Πηγή: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/c ommons/8/83/gray_111_- _Vertebral_column.png 9

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ Δυνάμεις και Ροπές: Αριθμητικό παράδειγμα 2.1γ -Έστω κάμψη της σπονδυλικής στήλης για την ανύψωση βάρους όπως φαίνεται στα παρακάτω σχήματα. Βρείτε την ροπή σε κάθε περίπτωση 5cm 500N 20cm M 500N 0.05m 25Nm 1 M 40N 0.2m 8Nm 2 M M M 25Nm 8Nm 33Nm 1 2 M 33Nm F d F 660N d 0.05m 40N A 10

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ Δυνάμεις και Ροπές: Αριθμητικό παράδειγμα 2.1δ -Έστω κάμψη της σπονδυλικής στήλης για την ανύψωση βάρους όπως φαίνεται στα παρακάτω σχήματα. Βρείτε την ροπή σε κάθε περίπτωση 500N 20cm 30cm M 500N 0.2m 100Nm 1 M 40N 0.3m 12Nm 2 M M M 100Nm 12Nm 112Nm 1 2 M 112Nm F d F 2240N d 0.05m 40N B 11

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ Δυνάμεις και Ροπές: Αριθμητικό παράδειγμα 2.1ε -Έστω κάμψη της σπονδυλικής στήλης για την ανύψωση βάρους όπως φαίνεται στα παρακάτω σχήματα. Βρείτε την ροπή σε κάθε περίπτωση 30cm 500N 40cm M 500N 0.3m 150Nm 1 M 40N 0.4m 16Nm 2 M M M 150Nm 16Nm 166Nm 1 2 M 166Nm F d F 3320N d 0.05m 40N Γ 12

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ Δυνάμεις και Ροπές: Αριθμητικό παράδειγμα 2.1στ 500N 500N 5cm 20cm 500N 20cm 30cm 30cm 40N 40N 40cm 40N A B Γ Ποια στάση είναι η βέλτιστη για την ανύψωση βαρών ώστε να μην επιβαρύνουμε την οσφυϊκή μοίρα της σπονδυλικής στήλης; M 33Nm M 112Nm M 166Nm F 640N F 2240N F 3320N 13

Δυνάμεις και Ροπές: Αριθμητικό παράδειγμα 2.2α -Έστω ότι θέλουμε να σηκώσουμε αντικείμενο από το έδαφος όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Βρείτε την ροπή που ασκείται στην οσφυϊκή μοίρα και τη δύναμη που χρειάζεται να ασκήσουν οι μύες του κορμού σε αυτή τη στάση 30cm 60cm 100cm ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ 30N 50N 420N 40N 14

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ Δυνάμεις και Ροπές: Αριθμητικό παράδειγμα 2.2β 100cm 60cm 30cm 30N 420N 50N M 420N 0.3m 126Nm 1 M 30N 0.6m 18Nm 2 M 40N 0.6m 26Nm 3 M 50N 1m 50Nm 4 M M M M M 1 2 3 4 126Nm 18Nm 26Nm 50Nm 220Nm M 220Nm F d F 4400N d 0.05m 40N 15

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ Δυνάμεις και Ροπές: Αριθμητικό παράδειγμα 2.3 -Έστω ότι θέλουμε να σηκώσουμε αντικείμενο 40Ν από το έδαφος. Ποια είναι η στάση ώστε να μπορέσουμε να σηκώσουμε το αντικείμενο με μικρότερη καταπόνηση στην οσφυϊκή μοίρα από αυτή που ασκείται με την στάση της άσκησης 2; Α/ Σχεδιάστε το μοντέλο θεωρώντας τον κορμό-χέρια-κεφάλι σαν ένα ενιαίο στέρεο σώμα Β/ Βρείτε την ροπή που ασκείται στην οσφυϊκή μοίρα Γ/ Βρείτε τη δύναμη που χρειάζεται να ασκήσουν οι μύες του κορμού Θεωρείστε 500N για τον κορμό-χέρια-κεφάλι και 5cm πάχος των μυών ανύψωσης του κορμού. Άσκηση για μελέτη στο σπίτι 16

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Δυνάμεις και Ροπές 2. Ασκήσεις: Στατική, μοχλοί, δυνάμεις και ροπές στο ανθρώπινο σώμα Απλά μοντέλα 3. Διανυσματικός λογισμός 4. Παραδείγματα Ασκήσεις πράξεις Διανυσμάτων 5. Ασκήσεις: Στατική, μοχλοί, δυνάμεις και ροπές στο ανθρώπινο σώμα Σύνθετα μοντέλα 17

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Ένα στερεό σώμα μπορεί να δέχεται πολλαπλές δυνάμεις. Η τελική επίδραση που θα έχουν οι δυνάμεις στο στέρεο σώμα (ισορροπία, αλλαγή θέσης, παραμόρφωση) εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως η μάζα του σώματος, η γεωμετρία του σώματος, η υλική σύσταση του σώματος, το σημείο εφαρμογής των δυνάμεων, η κατεύθυνση των δυνάμεων, το μέτρο των δυνάμεων Οι δυνάμεις είναι διανυσματικά μεγέθη και η μελέτη τους στο χώρο γίνεται σε συστήματα συντεταγμένων, όπως είναι το καρτεσιανό και το πολικό σύστημα Σαν σημείο εφαρμογής των δυνάμεων πολλές φορές θεωρούμε το κέντρο μάζας του σώματος: η μάζα ενός σώματος μπορεί να θεωρηθεί ότι συγκεντρώνεται σε ένα σημείο στον χώρο Οι δυνάμεις μπορεί να κατηγοριοποιηθούν σε δύο μεγάλες ομάδες: Δυνάμεις επαφής (χρειάζεται επαφή των σωμάτων που αλληλεπιδρούν π.χ. ελατήριο, τριβή, μύες, τένοντες, αρθρώσεις, σπόνδυλοι) και δυνάμεις πεδίου (δεν χρειάζεται επαφή των σωμάτων που αλληλεπιδρούν π.χ. βαρυτικές, ηλεκτρικές, μαγνητικές, πυρηνικές) 18

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Διανύσματα, Συστήματα συντεταγμένων, Σημεία εφαρμογής (αναφοράς): To διάνυσμα έχει πλάτος (r, IAI) και κατεύθυνση. Επίσης, στο καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων περιγράφεται από τις συντεταγμένες Στις Πολικές Συντεταγμένες το διάνυσμα (βέλος) περιγράφεται από το μέτρο (συναφές με το μήκος του διανύσματος-r) και την γωνία (μας δείχνει την κατεύθυνση-θ) y Μέτρο r=iai y ya Στις Καρτεσιανές Συντεταγμένες το διάνυσμα (βέλος) περιγράφεται από την προβολή της αιχμής του βέλους στον x και στον y άξονα (xa,ya) (xa,ya) θ Σημείο εφαρμογής (αναφοράς) x Σημείο εφαρμογής (αναφοράς) xa x 19

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Σύνδεση καρτεσιανών και πολικών συντεταγμένων Από πολικές (r,θ) σε καρτεσιανές (xa,ya): Γνωρίζω το r και το θ, θέλω να βρω το xa, ya y ya Μέτρο r=iai (xa,ya) θ sin cos Σημείο εφαρμογής (αναφοράς) xa x έ ά ya ya r sin ί r ί ά xa xa r cos ί r 20

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Σύνδεση καρτεσιανών και πολικών συντεταγμένων Από καρτεσιανές (xa,ya) σε πολικές (r,θ): Γνωρίζω το xa, ya, θέλω να βρω το r και το θ y ya Μέτρο r=iai (xa,ya) θ Σημείο εφαρμογής (αναφοράς) xa x ό ώ : r r xa ya tan 2 2 2 έ ά ya ya ί ά xa xa 1 tan 21

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Σύνδεση καρτεσιανών και πολικών συντεταγμένων Από πολικές (r,θ) σε καρτεσιανές (xa,ya): Αν γνωρίζουμε το μέτρο και τη γωνία, μπορώ να υπολογίσω τις συντεταγμένες x και y ως εξής: xa ya r cos r sin Από καρτεσιανές (xa,ya) σε πολικές (r,θ): Αν γνωρίζουμε τις συντεταγμένες x και y μπορώ να υπολογίσω το μέτρο και τη γωνία, ως εξής: r xa ya 2 2 ya xa 1 tan 22

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πολικό σύστημα συντεταγμένων και διανύσματα b a a(r1,θ1) b(r2,θ2) θ3 θ2 r1 θ1 c(r3,θ3) d(r4,θ4) c θ4 d 23

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων και διανύσματα d 5 3 a a(4,3) b(2,-3) c(-3,-2) -3-1 (0,0) -2 2 4 d(-1,5) c -3 b 24

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων x- αρνητικό y+ θετικό x- αρνητικό y - αρνητικό (0,0) ya Α xa x+ θετικό y+ θετικό Σημείο αναφοράς, συνήθως το 0,0 αλλά μπορεί να είναι και κάποιο άλλο σημείο x + θετικό y - αρνητικό Προσδιορισμός της θέσης στο χώρο ως προς ένα σημείο αναφοράς Για να εντοπίσουμε τη θέση ενός σημείου, υπολογίζουμε την προβολή του σημείου στον άξονα x και στον άξονα y (απόσταση του xa και του ya από το σημείο αναφοράς) Έτσι προκύπτουν οι συντεταγμένες του σημείου Α(xa,ya) Ρενέ Ντεκάρτ (Καρτέσιος) (1596 μ.χ.-1650 μ.χ.) φιλόσοφος, μαθηματικός, φυσικές επιστήμες 25

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Πρόσθεση διανυσμάτων Α τρόπος: τρίγωνο a a+b b Β τρόπος: παραλληλόγραμμο a a+b b Ισχύουν 1/ a+b=b+a 2/ a+(b+c)=(a+b)+c 26

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αφαίρεση διανυσμάτων a-b -b b a Ισχύει a-b=a+(-b) a-b a -b b 27

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Δυνάμεις και Ροπές 2. Ασκήσεις: Στατική, μοχλοί, δυνάμεις και ροπές στο ανθρώπινο σώμα Απλά μοντέλα 3. Διανυσματικός λογισμός 4. Παραδείγματα Ασκήσεις πράξεις Διανυσμάτων 5. Ασκήσεις: Στατική, μοχλοί, δυνάμεις και ροπές στο ανθρώπινο σώμα Σύνθετα μοντέλα 28

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.1 (0,0) c=a+b a 8 2 b 4 3 (0,0) a 3 c=a+b 8 b 2 4 c=a+b Δίνονται οι αποστάσεις/προβολές των διανυσμάτων a και b ως προς τον x και y άξονα: a (8,2) b (4,3) Να βρεθούν οι συντεταγμένες του c=a+b ως προς το σημείο αναφοράς (0,0) c=a+b=(8+4,2+3)=(12,5) Δίνονται οι αποστάσεις/προβολές των διανυσμάτων a και b ως προς τον x και y άξονα: a (8,3) b (4,2) Να βρεθούν οι συντεταγμένες του c=a+b ως προς το σημείο αναφοράς (0,0) c=a+b=(8+4,3-2)=(12,1) 29

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.2 (0,0) Δίνονται οι αποστάσεις/προβολές των διανυσμάτων a και b ως προς τον x και y άξονα: a (8,3) b (4,2) c=a-b a 2 8 4 -b Να βρεθούν οι συντεταγμένες του c=a+b ως προς το σημείο αναφοράς (0,0) 3 b (0,0) c=a-b Δίνονται οι αποστάσεις/προβολές των διανυσμάτων a και b ως προς τον x και y άξονα: a (8,3) b (4,2) 8 -b a 4 Να βρεθούν οι συντεταγμένες του c=a+b ως προς το σημείο αναφοράς (0,0) 3 2 c=a-b=a+(-b) =(8-4,-3-2)=(4,-5) b c=a-b=a+(-b)=(8-4,3+2)=(4,5) 30

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.3 (0,0) a 9 Δίνονται οι αποστάσεις/προβολές των διανυσμάτων a και b ως προς τον x και y άξονα: a (9,14) b (5,7) Να βρεθούν οι συντεταγμένες του c=a+b ως προς το σημείο αναφοράς (0,0) c=a+b=? 14 b Άσκηση για μελέτη στο σπίτι 5 7 (0,0) a 9 Δίνονται οι αποστάσεις/προβολές των διανυσμάτων a και b ως προς τον x και y άξονα: a (9,14) b (7,5) Να βρεθούν οι συντεταγμένες του c=a+b ως προς το σημείο αναφοράς (0,0) c=a+b=? 14 5 b 7 31

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.4 a 9 Δίνονται οι αποστάσεις/προβολές των διανυσμάτων a και b ως προς τον x και y άξονα: a (9,14) b (5,7) (0,0) 14 Να βρεθούν οι συντεταγμένες του c=a+b ως προς το σημείο αναφοράς (0,0) b 5 7 a 9 Δίνονται οι αποστάσεις/προβολές των διανυσμάτων a και b ως προς τον x και y άξονα: a (9,14) b (7,5) Να βρεθούν οι συντεταγμένες του c=a+b ως προς το σημείο αναφοράς (0,0) c=a+b=? (0,0) 14 5 b 7 c=a+b=? Άσκηση για μελέτη στο σπίτι 32

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.5 (0,0) a 9 Δίνονται οι αποστάσεις/προβολές των διανυσμάτων a και b ως προς τον x και y άξονα: a (9,14) b (5,7) Να βρεθούν οι συντεταγμένες του c=a-b ως προς το σημείο αναφοράς (0,0) c=a-b=? 14 Άσκηση για μελέτη στο σπίτι b 5 7 (0,0) a 9 Δίνονται οι αποστάσεις/προβολές των διανυσμάτων a και b ως προς τον x και y άξονα: a (9,14) b (7,5) Να βρεθούν οι συντεταγμένες του c=a-b ως προς το σημείο αναφοράς (0,0) c=a-b=? 14 5 b 7 33

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.6 a 9 (0,0) 14 Δίνονται οι αποστάσεις/προβολές των διανυσμάτων a και b ως προς τον x και y άξονα: a (9,14) b (5,7) Να βρεθούν οι συντεταγμένες του c=a-b ως προς το σημείο αναφοράς (0,0) c=a-b=? Άσκηση για μελέτη στο σπίτι b 5 7 a (0,0) b 5 14 9 7 Δίνονται οι αποστάσεις/προβολές των διανυσμάτων a και b ως προς τον x και y άξονα: a (9,14) b (7,5) Να βρεθούν οι συντεταγμένες του c=a-b ως προς το σημείο αναφοράς (0,0) c=a-b=? 34

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.7α 1. Μετατρέπω σε καρτεσιανές συντεταγμένες b 120 ο 45 ο Δίνονται το μέτρο και η γωνία των διανυσμάτων a και b: Πολικές συντεταγμένες a (100,45 ο ) b (50,120 ο ) a xa racos a 100cos 45 1000.707 70.71 ya rasin a 100sin 45 1000.707 70.71 xb rbcos b 50cos 120 50 0.5 25 yb rbsin b 50sin 120 500.866 43.30 Να βρεθεί το a+b στο καρτεσιανό και στο πολικό σύστημα συντεταγμένων 35

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.7β 2. Τοποθετώ στο καρτεσιανό σύστημα b 120 ο 45 ο a 43.3 y 25 Δίνονται το μέτρο και η γωνία των διανυσμάτων a και b: Πολικές συντεταγμένες a (100,45 ο ) b (50,120 ο ) Να βρεθεί το a+b στο καρτεσιανό και στο πολικό σύστημα συντεταγμένων 70.71 70.71 x 3. Βρίσκω τις συντεταγμένες του συνιστάμενου διανύσματος a+b c=a+b=(70.71-25,70.71+43.3)=(45.71,114.01) 36

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.7γ 4. Μετατρέπω το νέο διάνυσμα σε πολικές συντεταγμένες b 120 ο 45 ο a r 2 2 114.01 45.71 122.83 122 ya 114.01 xa 45.71 1 1 o o tan tan 68.15 68 Δίνονται το μέτρο και η γωνία των διανυσμάτων a και b: Πολικές συντεταγμένες a (100,45 ο ) b (50,120 ο ) Να βρεθεί το a+b στο καρτεσιανό και στο πολικό σύστημα συντεταγμένων 5. Σχεδιάζω στο καρτεσιανό και στο πολικό σύστημα το νέο διάνυσμα y y Μέτρο r=122 114.01 a+b a+b 68 ο 45.71 x x 37

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.8 b 120 ο 45 ο a Δίνονται το μέτρο και η γωνία των διανυσμάτων a και b: Πολικές συντεταγμένες a (100,45 ο ) b (50,120 ο ) Να βρεθεί το a-b στο καρτεσιανό και στο πολικό σύστημα συντεταγμένων Άσκηση για μελέτη στο σπίτι 38

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.9 20 ο a b -30 ο Δίνονται το μέτρο και η γωνία των διανυσμάτων a και b: Πολικές συντεταγμένες a (120,20 ο ) b (40,-30 ο ) Να βρεθούν τα a+b και a-b στο καρτεσιανό και στο πολικό σύστημα συντεταγμένων Άσκηση για μελέτη στο σπίτι 39

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.10 a 20 ο -30 ο b Δίνονται το μέτρο και η γωνία των διανυσμάτων a και b: Πολικές συντεταγμένες a (30,20 ο ) b (50,-30 ο ) Να βρεθούν τα a+b και a-b στο καρτεσιανό και στο πολικό σύστημα συντεταγμένων Άσκηση για μελέτη στο σπίτι 40

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.11 a 20 ο -110 b Δίνονται το μέτρο και η γωνία των διανυσμάτων a και b: Πολικές συντεταγμένες a (30,20 ο ) b (40,-110 ο ) Να βρεθούν τα a+b και a-b στο καρτεσιανό και στο πολικό σύστημα συντεταγμένων Άσκηση για μελέτη στο σπίτι 41

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.12α Έστω ότι ο δικέφαλος μυς ασκεί δύναμη F=20N με γωνία 35 ο ως προς τον πήχη. Η δύναμη αυτή διατηρεί σταθερή την άρθρωση και βοηθάει στην ανύψωση του χεριού. Να βρεθούν οι δυνάμεις που πραγματοποιούν τις δύο αυτές λειτουργίες F Πηγή: https://exerciseonarthritis.weebly.com/muscles.html Εκπαιδευτική προβολή: https://www.youtube.com/watch?v=49680qdwamy 42

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.12β Οι δύο δυνάμεις είναι η Fx και η Fy, συνισταμένη των οποίων είναι η F. Τις σχεδιάζω με την μέθοδο του παραλληλογράμμου Fy F 35 ο Fx Πηγή: https://exerciseonarthritis.weebly.com/muscles.html 43

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.12γ Υπολογίζω τις δύο δυνάμεις sin cos έ ά Fy Fy F sin ί F ί ά Fx Fx F cos ί F Fy F sin 20N sin 35 20N 0.57358 11.47N Fx F cos 20N cos 35 20N 0.81915 16.383N Fy F 35 ο Fx Πότε η Fx θα γίνει ίση με την Fy; Από τι εξαρτάται το αν η Fy θα είναι μεγαλύτερη από την Fx και το αντίστροφο δεδομένου ότι η F είναι σταθερή; Πηγή: https://exerciseonarthritis.weebly.com/muscles.html 44

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.13α Έστω ότι οι μύες του κορμού ασκούν δύναμη F=500N με γωνία θ ως προς την οσφυϊκή μοίρα. Η δύναμη αυτή διατηρεί τον κορμό σε ισορροπία σε αυτή την στάση. Να βρεθούν οι επιμέρους δυνάμεις Fx και Fy για γωνίες 30 ο, 45 ο και 70 ο F Fy Fx θ 45

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Πράξεις διανυσμάτων: Αριθμητικό παράδειγμα 4.13β Υπολογίζω τις δύο δυνάμεις sin cos έ ά Fy Fy F sin ί F ί ά Fx Fx F cos ί F Fy F sin 500N sin 30 500N 0.5 250N Fx F cos 500N cos 30 500N 0.866 433N Fy F sin 500N sin 45 500N 0.707 353.6N Fx F cos 500N cos 45 500N 0.707 353.6N Fy F sin 500N sin 70 500N 0.93969 469.85N Fx F cos 500N cos 70 500N 0.3432 171N F Fx θ Fy 46

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Δυνάμεις και Ροπές 2. Ασκήσεις: Στατική, μοχλοί, δυνάμεις και ροπές στο ανθρώπινο σώμα Απλά μοντέλα 3. Διανυσματικός λογισμός 4. Παραδείγματα Ασκήσεις πράξεις Διανυσμάτων 5. Ασκήσεις: Στατική, μοχλοί, δυνάμεις και ροπές στο ανθρώπινο σώμα Σύνθετα μοντέλα 47

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.1 Το κέντρο βάρους κεφαλιού W=50Ν απέχει 2.5cm από το υπομόχλιο (άτλαντας-1 ος αυχενικός σπόνδυλος), ενώ οι μύες που εξισορροπούν το κεφάλι απέχουν 5cm από το υπομόχλιο. Ποια είναι οι δύναμη F M που ασκούν οι μύες και η δύναμη F J που ασκείται στον άτλαντα; Μοχλός 1 ου τύπου 50N 2.5cm FM 5cm 50N 2.5cm FM 5cm F 25N M Πηγή: https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/f orces-and-torques-in-muscles-and-joints/ F F F 0 F F F M J H J M H F 50N 25N 75N J 48

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.2 Το κέντρο βάρους κεφαλιού W=40Ν απέχει 2cm από το υπομόχλιο (άτλαντας- 1 ος αυχενικός σπόνδυλος), ενώ οι μύες που εξισορροπούν το κεφάλι απέχουν 4.5cm από το υπομόχλιο. Ποια είναι οι δύναμη F M που ασκούν οι μύες και η δύναμη F J που ασκείται στον άτλαντα; Μοχλός 1 ου τύπου Πηγή: https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/f orces-and-torques-in-muscles-and-joints/ Άσκηση για μελέτη στο σπίτι 49

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.3 Άντρας 75kg σηκώνεται στα δάκτυλα του ενός ποδιού. Η ανοδική δύναμη F A ασκείται μέσω του αχίλλειου τένοντα που απέχει 4cm από το υπομόχλιο (άρθρωση του αστραγάλου). Το βάρος W ασκείται στη βάση των δακτύλων που απέχουν 12cm από το υπομόχλιο. Ποια είναι οι δύναμη F Α που ασκείται στον αχίλλειο τένοντα και η δύναμη F P που ασκείται στον αστράγαλο; Μοχλός 2 ου τύπου 4 12 FA cm W cm m FA 4cm 735.75N 12cm 0 W m g kg N 75 9.81 735.75 2 sec 735.75N 12cm FA 2207.25N 4cm F F W 0 F F W 2207.25N 735.75N 2943 A P P A Πηγή: https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/f orces-and-torques-in-muscles-and-joints/ 50

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.4 Άντρας 75kg σηκώνεται στα δάκτυλα και των δύο ποδιών. Η ανοδική δύναμη F A ασκείται μέσω του αχίλλειου τένοντα που απέχει 4cm από το υπομόχλιο (άρθρωση του αστραγάλου). Το βάρος W ασκείται στη βάση των δακτύλων που απέχουν 12cm από το υπομόχλιο. Ποια είναι οι δύναμη F Α που ασκείται στον αχίλλειο τένοντα και η δύναμη F P που ασκείται στον αστράγαλο; 4 12 FA cm W cm m 75kg 9.81 FA 4cm 367.875N 12cm 0 sec 2 W m g 367.875N 2 367.875N 12cm FA 1103.625N 4cm F F W 0 F F W 1103.625N 367.875N 1471.5 A P P A Μοχλός 2 ου τύπου Πηγή: https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/f orces-and-torques-in-muscles-and-joints/ 51

FA 4cm 12cm FP 12cm 0 FA FP W 0 FA 16 cm ( FA W ) 12cm 0 m W m g 75kg 9.81 735.75N 2 sec F 16cm F 12cm 735.75N 12cm 0 A A A A A A 16 12 735.75 12 4 735.75 12 735.75N 12cm 2207.25N 4cm F cm cm N cm F cm N cm F F F W 0 F F W 2207.25N 735.75N 2943 52 P ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.5 Άντρας 75kg σηκώνεται στα δάκτυλα του ενός ποδιού. Η ανοδική δύναμη F A ασκείται μέσω του αχίλλειου τένοντα που απέχει 4cm+12cm από το υπομόχλιο (βάση των δακτύλων). Το βάρος W ασκείται στη βάση των δακτύλων. Η δύναμη F P ασκείται στην άρθρωση των αστραγάλων που απέχουν 12 cm από το υπομόχλιο. Ποια είναι οι δύναμη F Α που ασκείται στον αχίλλειο τένοντα και η δύναμη F P που ασκείται στον αστράγαλο; P A Μοχλός 2 ου τύπου F E D Πηγή: https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/f orces-and-torques-in-muscles-and-joints/

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.6 Άντρας 65kg σηκώνεται στα δάκτυλα του ενός ποδιού. Η ανοδική δύναμη F A ασκείται μέσω του αχίλλειου τένοντα που απέχει 4cm από το υπομόχλιο (άρθρωση του αστραγάλου). Το βάρος W ασκείται στη βάση των δακτύλων που απέχουν 12cm από το υπομόχλιο. Ποια είναι οι δύναμη F Α που ασκείται στον αχίλλειο τένοντα και η δύναμη F P που ασκείται στον αστράγαλο δεδομένου ότι το πέλμα έχει μάζα 1kg και to κέντρο μάζας του απέχει από το υπομόχλιο 5cm; Μοχλός 2 ου τύπου Πηγή: https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/f orces-and-torques-in-muscles-and-joints/ Άσκηση για μελέτη στο σπίτι 53

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.7 Βιβλίο 4kg βρίσκεται σε απόσταση 38cm από το υπομόχλιο (άρθρωση του αγκώνα) και ισορροπεί στην παλάμη μέσω δύναμης F B, κάθετη ως προς το αντιβράχιο, που ασκεί ο δικέφαλος. Ο δικέφαλος απέχει 4cm από το υπομόχλιο όπως φαίνεται στο σχήμα. Να βρεθεί η δύναμη F B που ασκεί ο δικέφαλος και η δύναμη F E που ασκείται στον αγκώνα θεωρώντας αμελητέο το βάρος του χεριού. F 4cm W 38cm 0 m F 4cm 39.24N 38cm 0 W m g kg N 4 9.81 39.24 2 sec 39.24N 38cm FB 372.78N 4cm F F W 0 F F W 372.78N 39.24N 333.54 E B E B Μοχλός 3 ου τύπου Πηγή: https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/f orces-and-torques-in-muscles-and-joints/ Στο μοντέλο της άσκησης θεωρούμε ότι το αντιβράχιο (πήχης) έχει αμελητέο βάρος, βρίσκεται κάθετα ως προς το βραχιόνιο και ισορροπεί μόνο από την σύσπαση των δικεφάλων μυών, οι οποίοι ενώνονται με την κερκίδα. Η προσέγγιση αυτή είναι ικανοποιητική, αλλά στην πραγματικότητα υπάρχουν και άλλοι μύες που συνεισφέρουν στην κίνηση, ενώ η ανάλυση χρειάζεται να περιλαμβάνει και σενάρια στα οποία το αντιβράχιο βρίσκεται σε διαφορετική από 90 ο γωνία σε σχέση με το βραχιόνιο 54

F 4cm Whand 16cm Wbook 38cm 0 m Wbook mbook g 4kg 9.81 39.24N 2 sec m W m g kg N hand hand 2.5 9.81 24.525 2 sec 24.525N 16cm 39.24N 38cm 4cm F 4cm 24.525N 16cm 39.24N 38cm 0 F 470.88N B ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.8 Βιβλίο 4kg βρίσκεται σε απόσταση 38cm από το υπομόχλιο (άρθρωση του αγκώνα) και ισορροπεί στην παλάμη μέσω δύναμης F B, κάθετη ως προς το αντιβράχιο, που ασκεί ο δικέφαλος. Ο δικέφαλος απέχει 4cm από το υπομόχλιο όπως φαίνεται στο σχήμα. Να βρεθεί η δύναμη F B που ασκεί ο δικέφαλος και η δύναμη F E που ασκείται στον αγκώνα θεωρώντας μάζα χεριού στα 2.5kg με απόσταση 16cm από το υπομόχλιο. F F W W 0 F F W W 470.88N 24.525N 39.24N 407.115 E B hand book E B hand book Μοχλός 3 ου τύπου Πηγή: https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/f orces-and-torques-in-muscles-and-joints/ 55

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.9 Βιβλίο 6kg βρίσκεται σε απόσταση 38cm από το υπομόχλιο (άρθρωση του αγκώνα) και ισορροπεί στην παλάμη μέσω δύναμης F B, κάθετη ως προς το αντιβράχιο, που ασκεί ο δικέφαλος. Ο δικέφαλος απέχει 3.5cm από το υπομόχλιο όπως φαίνεται στο σχήμα. Να βρεθεί η δύναμη F B που ασκεί ο δικέφαλος και η δύναμη F E που ασκείται στον αγκώνα θεωρώντας μάζα χεριού στα 3kg με απόσταση 16cm από το υπομόχλιο. Μοχλός 3 ου τύπου Πηγή: https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/f orces-and-torques-in-muscles-and-joints/ Άσκηση για μελέτη στο σπίτι 56

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.10α Πατέρας σηκώνει το παιδί του με το πόδι. Το παιδί έχει μάζα 10kg, βρίσκεται σε απόσταση 20cm από το υπομόχλιο (άρθρωση του γονάτου) και ισορροπεί μέσω δύναμης F Q η οποία ασκείται από τους μυς του ποδιού. Η F Q βρίσκεται υπό γωνία 30 ο ως προς το μηριαίο οστό και απέχει 2cm από το υπομόχλιο. Να βρεθεί η δύναμη F Q θεωρώντας μάζα ποδιού στα 4kg με απόσταση 20cm από το υπομόχλιο. FQy 2cm Wleg 20cm Wchild 38cm 0 m Wleg mleg g 4kg 9.81 39.24N 2 sec m W m g kg N child child 10 9.81 98.1 2 sec Qy Qy 2 39.24 20 98.1 38 39.2420cm 98.138cm 2256.3N 2cm F cm N cm N cm F F F W W 0 F Qy K leg child K Qy leg child F 2256.3N 39.24N 98.1N 2118.96 K F W W Πηγή: https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/f orces-and-torques-in-muscles-and-joints/ F Q F Qx 30 o F κ F Qy 57

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.10β Πατέρας σηκώνει το παιδί του με το πόδι. Το παιδί έχει μάζα 10kg, βρίσκεται σε απόσταση 20cm από το υπομόχλιο (άρθρωση του γονάτου) και ισορροπεί μέσω δύναμης F Q η οποία ασκείται από τους μυς του ποδιού. Η F Q βρίσκεται υπό γωνία 30 ο ως προς το μηριαίο οστό και απέχει 2cm από το υπομόχλιο. Να βρεθεί η δύναμη F Q θεωρώντας μάζα ποδιού στα 4kg με απόσταση 20cm από το υπομόχλιο. 30 o F κ sin Υπολογίζω την F Q cos έ ά FQy FQy FQ sin ί F ί ά FQx FQx FQ cos ί F FQy FQy F Qy F Q sin F Q sin sin 2256.3N 2256.3N FQ 4512.6N sin 30 0.5 Q Q Πηγή: https://opentextbc.ca/physicstestbook2/chapter/f orces-and-torques-in-muscles-and-joints/ F Q F Qx F Qy 58

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.11α Άνθρωπος στέκεται στο ένα πόδι ή βαδίζει αργά. F τ είναι η δύναμη που ασκείται από τους ισχιακούς απαγωγούς μύες και σχηματίζει 60 ο γωνία με το οριζόντιο επίπεδο, F κ η δύναμη που ασκείται από το λαγόνιο οστό στο μηριαίο οστό και σχηματίζει 70 ο γωνία με το οριζόντιο επίπεδο, W leg το βάρος του ποδιού του οποίου η μάζα είναι 12kg και R η αντίδραση στο πέλμα του ποδιού που είναι ίση με το βάρος του ανθρώπου W b του οποίου η μάζα είναι 75kg. Να βρεθεί η δύναμη F Τ και F κ δεδομένες τις αποστάσεις που φαίνονται στο σχήμα. F y 5cm Wleg 8cm R 14cm 0 m Wleg mleg g 12kg 9.81 117.72N 2 sec m R W m g kg N body body 75 9.81 735.75 2 sec y 5 117.72 8 +735.75 14 735.75N 14cm-117.72N 8cm 5cm F cm N cm N cm F 1871.748N y F F W R 0 F F W R Ty Ky leg F 1871.748N 117.72N 735.75N 1253.718 Ty Ty Ky leg W leg F T 5cm 9cm 6cm F K R=W b Πηγή: https://en.wikipedia.org/wiki/file:human_leg_bon es_labeled.svg 59

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.11β Άνθρωπος στέκεται στο ένα πόδι ή βαδίζει αργά. F τ είναι η δύναμη που ασκείται από τους ισχιακούς απαγωγούς μύες και σχηματίζει 60 ο γωνία με το οριζόντιο επίπεδο, F κ η δύναμη που ασκείται από το λαγόνιο οστό στο μηριαίο οστό και σχηματίζει 70 ο γωνία με το οριζόντιο επίπεδο, W leg το βάρος του ποδιού του οποίου η μάζα είναι 12kg και R η αντίδραση στο πέλμα του ποδιού που είναι ίση με το βάρος του ανθρώπου W b του οποίου η μάζα είναι 75kg. Να βρεθεί η δύναμη F Τ και F κ δεδομένες τις αποστάσεις που φαίνονται στο σχήμα. W leg F T 9cm 5cm 6cm F K Υπολογίζω την F T sin FTy FTy F Ty F T F T sin sin 1253.718N 1253.718N FT 1447.711N sin 60 0.866 R Πηγή: https://en.wikipedia.org/wiki/file:human_leg_bon es_labeled.svg Υπολογίζω την F Tχ F F cos F 1447.711N cos 60 Tx T Tx F Tx 723.855N 60

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.11γ Άνθρωπος στέκεται στο ένα πόδι ή βαδίζει αργά. F τ είναι η δύναμη που ασκείται από τους ισχιακούς απαγωγούς μύες και σχηματίζει 60 ο γωνία με το οριζόντιο επίπεδο, F κ η δύναμη που ασκείται από το λαγόνιο οστό στο μηριαίο οστό και σχηματίζει 70 ο γωνία με το οριζόντιο επίπεδο, W leg το βάρος του ποδιού του οποίου η μάζα είναι 12kg και R η αντίδραση στο πέλμα του ποδιού που είναι ίση με το βάρος του ανθρώπου W b του οποίου η μάζα είναι 75kg. Να βρεθεί η δύναμη F Τ και F κ δεδομένες τις αποστάσεις που φαίνονται στο σχήμα. W leg F T 9cm 5cm 6cm F K Υπολογίζω την F Κχ F F 0 F F 723.855N Tx Kx Tx Kx R Υπολογίζω την F Κ cos F x F x F F cos 70 723.855N F 2116.410 cos 70 Πηγή: https://en.wikipedia.org/wiki/file:human_leg_bon es_labeled.svg 61

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΣΥΝΘΕΤΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Ο μηχανισμός του μοχλού: Αριθμητικό παράδειγμα 5.12 Άνθρωπος στέκεται στα δύο πόδια. F τ είναι η δύναμη που ασκείται από τους ισχιακούς απαγωγούς μύες και σχηματίζει 60 ο γωνία με το οριζόντιο επίπεδο, F κ η δύναμη που ασκείται από το λαγόνιο οστό στο μηριαίο οστό και σχηματίζει 70 ο γωνία με το οριζόντιο επίπεδο, W leg το βάρος του ποδιού του οποίου η μάζα είναι 12kg και R η αντίδραση στο πέλμα του ποδιού που είναι ίση με το βάρος του ανθρώπου W b του οποίου η μάζα είναι 75kg. Να βρεθεί η δύναμη F Τ και F κ δεδομένες τις αποστάσεις που φαίνονται στο σχήμα. W leg F T 9cm 5cm 6cm F K R Πηγή: https://en.wikipedia.org/wiki/file:human_leg_bon es_labeled.svg Άσκηση για μελέτη στο σπίτι 62

ΓΛΩΣΣΑΡΙ - ΕΠΕΞΗΓΗΣΕΙΣ Πηγή: Διαδικτυακή πηγή από την οποία ανκατήθηκαν τα δεδομένα (π.χ. εικόνες, γραφήματα, πίνακες) Εκπαιδευτική προβολή: Διαδικτυακό βίντεο που περιγράφει βασικές αρχές λειτουργίας και εφαρμογές Ασκήσεις: Άλυτες ασκήσεις για μελέτη στο σπίτι 63