Η Επιτάχυνση. η τα- χύτητά του ( Σχήμα 1 ). Από τον ορισμό της ταχύτητας θα ισχύει (3)

Σχετικά έγγραφα
Η άσκηση μιας ιστορίας

Η επιτάχυνση και ο ρόλος της.

Σφαίρα σε ράγες: Η συνάρτηση Lagrange. Ν. Παναγιωτίδης

ΤΡΟΧΙΑ ΙΑΝΥΣΜΑ ΘΕΣΗΣ. t 1 (x 1,y 1 ) Η αρχή ενός οποιουδήποτε ορθογωνίου xy συστήματος συντεταγμένων

Ακτίνα καμπυλότητας - Ανάλυση επιτάχυνσης σε εφαπτομενική και κεντρομόλο συνιστώσα

1. Κίνηση Υλικού Σημείου

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

Μπερδέματα πάνω στην κεντρομόλο και επιτρόχια επιτάχυνση.

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

Σφαίρα σε ράγες: Η συνάρτηση Lagrange. Ν. Παναγιωτίδης

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

, όταν f είναι μια συνάρτηση παραγωγίσιμη στο x. 0, τότε ονομάζουμε ρυθμό μεταβολής του y ως προς το x στο σημείο x. 0 την παράγωγο f ( x 0

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

ΕΝΟΤΗΤΑ 1: ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΕΡΕΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Β

ΘΕΩΡΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Α. ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ. και η συνάρτηση f είναι παραγωγίσιμη στο x. την παράγωγο f' ( x. 0 ) (ή και στιγμιαίο ρυθμό μεταβολής).

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Διανύσματα - Διανυσματικές Συναρτήσεις

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ. Ημερομηνία: Πέμπτη 12 Απριλίου 2018 Διάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

1 f. d F D x m a D x m D x dt. 2 t. Όλες οι αποδείξεις στην Φυσική Κατεύθυνσης Γ Λυκείου. Αποδείξεις. d t dt dt dt. 1. Απόδειξη της σχέσης.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΒΟΛΗ ΘΕΩΡΙΑ

1. Κινηµατική. x dt (1.1) η ταχύτητα είναι. και η επιτάχυνση ax = lim = =. (1.2) Ο δεύτερος νόµος του Νεύτωνα παίρνει τη µορφή: (1.

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

Μεθοδολογία Έλλειψης

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

ΦΥΣ. 111 Κατ οίκον εργασία # 1 - Επιστροφή 19/09/2017. Οι ασκήσεις στηρίζονται στα κεφάλαια 1 και 2 των βιβλίων των Young και Serway

ΦΥΣΙΚΗ (ΠΟΜ 114) ΛΥΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΝΔΙΑΜΕΣΗ ΕΞΕΤΑΣΗ 2015

. Μονάδες 3 β) Τα διανύσματα και. τότε x1x2 y1y2. είναι κάθετα αν και μόνο αν 0 Μονάδες 3 γ) Το διάνυσμα,

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

Kόλλιας Σταύρος 1

Ημερομηνία: Σάββατο 11 Νοεμβρίου 2017 Διάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 05/01/2016 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

ΣΥΝΘΕΤΗ ΚΙΝΗΣΗ ΚΑΙ ΚΥΛΙΣΗ

ΜΕΘΟΔΙΚΗ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Β ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

0. Η ) λέγεται επιτάχυνση του κινητού τη χρονική στιγμή t 0 και συμβολίζεται με t ). Είναι δηλαδή : t ) v t ) S t ).

0 είναι η παράγωγος v ( t 0

ΟΡΟΣΗΜΟ α. =α. γων. R γ. Όλα τα σημεία του τροχού που είναι σε ύψος R από τον δρόμο έχουν ταχύτητα υ=υ cm

ΕΙΔΗ ΔΥΝΑΜΕΩΝ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕΔΟ

Φυσικά μεγέθη. Φυσική α λυκείου ΕΙΣΑΓΩΓΗ. Όλα τα φυσικά μεγέθη τα χωρίζουμε σε δύο κατηγορίες : Α. τα μονόμετρα. Β.

Προτεινόμενο διαγώνισμα Φυσικής Α Λυκείου

ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

Φυσική για Μηχανικούς

Μαθηματικά Γενικής Παιδείας Κεφάλαιο 1ο Ανάλυση ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΝΑΛΥΣΗ

1,y 1) είναι η C : xx yy 0.

Θέση-Μετατόπιση -ταχύτητα

Φυσική Θετικών Σπουδών Γ τάξη Ενιαίου Λυκείου 2 0 Κεφάλαιο

Μηχανική Στερεού Ασκήσεις Εμπέδωσης

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΑ

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΣΤΗΝ ΟΜΑΛΗ ΚΥΚΛΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ ΚΕΝΤΡΟΜΟΛΟΣ ΔΥΝΑΜΗ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 05/01/2016 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

ΚΥΚΛΟΣ. Μ(x,y) Ο C ΘΕΩΡΙΑ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΩΣΤΟ-ΛΑΘΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΧΡΑΣ ΓΙΑΝΝΗΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ. 3ο ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΚΕΝΤΡΙΚΟ Ν. ΣΜΥΡΝΗΣ

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

Κεφάλαιο 3. Κίνηση σε δύο διαστάσεις (επίπεδο)

Φυσική για Μηχανικούς

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο : ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΤΕΡΕΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 1: ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΕΡΕΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ [Υποκεφάλαιο 4.2 Οι κινήσεις των στερεών σωμάτων του σχολικού βιβλίου]

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ( ) ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ - Β ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΤΕΡΕΟΥ 2013

ΚΑΡΤΕΣΙΑΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΕ ΔΥΟ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ

Φυσική για Μηχανικούς

Διαγώνισμα Φυσικής Α Λυκείου

ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΕΡΓΑΣΙΑ 2 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΟΜΑΛΗ ΚΥΚΛΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ( α μέρος )

Β ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ. Ημερομηνία: Τρίτη 27 Δεκεμβρίου 2016 Διάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Γ. Β Α Λ Α Τ Σ Ο Σ. 4ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΛΑΜΙΑΣ 1. Γιώργος Βαλατσός Φυσικός Msc

ΠΡΟΩΘΗΣΗ ΠΥΡΑΥΛΩΝ. Η προώθηση των πυραύλων στηρίζεται στην αρχή διατήρησης της ορμής.

ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

α. φ Α < φ Β, u A < 0 και u Β < 0. β. φ Α > φ Β, u A > 0 και u Β > 0. γ. φ Α < φ Β, u A > 0 και u Β < 0. δ. φ Α > φ Β, u A < 0 και u Β > 0.

Σχέση μεταξύ της τριβής ( οποιασδήποτε μορφής ) και της δύναμης F

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΒΟΛΗ ΚΑΙ ΟΜΑΛΗ ΚΥΚΛΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΒΟΛΗ

ΦΥΣΙΚΗ Β Λ ΠΡΟΕΤ. Γ Λ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ B ΛΥΚΕΙΟΥ

Τάξη B. Μάθημα: Η Θεωρία σε Ερωτήσεις. Επαναληπτικά Θέματα. Επαναληπτικά Διαγωνίσματα. Επιμέλεια: Κώστας Κουτσοβασίλης. α Ε

Κεφάλαιο 10 Περιστροφική Κίνηση. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑΔΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2018 Β ΦΑΣΗ

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 3/2/2016 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

Β ΛΥΚΕΙΟΥ - ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Τρισδιάστατες κινήσεις

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ 4. bt (γιατί;).

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2019

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΕΞΕΛΙΞΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ-ΧΡΟΝΟ

( ) Κλίση και επιφάνειες στάθµης µιας συνάρτησης. x + y + z = κ ορίζει την επιφάνεια µιας σφαίρας κέντρου ( ) κ > τότε η

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

10. Παραγώγιση διανυσµάτων

Κεφάλαιο 3 Κίνηση σε 2 και 3 Διαστάσεις

kg(χιλιόγραμμο) s(δευτερόλεπτο) Ένταση ηλεκτρικού πεδίου Α(Αμπέρ) Ένταση φωτεινής πηγής cd (καντέλα) Ποσότητα χημικής ουσίας mole(μόλ)

Ηλεκτρομαγνητισμός. Μαγνητικό πεδίο. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 4 ΣΕΛΙ ΕΣ

ds ds ds = τ b k t (3)

ΟΜΑΛΗ ΚΥΚΛΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ ΥΛΙΚΟΥ ΣΗΜΕΙΟΥ

Η ΚΙΝΗΣΗ ΣΩΜΑΤΙΟ Ή ΥΛΙΚΟ ΣΗΜΕΙΟ Ή ΣΗΜΕΙΑΚΟ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ

Α. Ροπή δύναµης ως προς άξονα περιστροφής

Μαθηματικά για μηχανικούς ΙΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Κ ε φ. 1 Κ Ι Ν Η Σ Ε Ι Σ

9 o Ε.Λ. ΠΕΙΡΑΙΑ ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΚΑΜΠΥΛΟΓΡΑΜΜΕΣ ΚΙΝΗΣΕΙΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. Η ενέργεια ταλάντωσης ενός κυλιόμενου κυλίνδρου

ΣΧΟΛΙΚΟ ΕΤΟΣ ΦΥΣΙΚΗ Α ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΩΡΗ ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ. Ονοματεπώνυμο Τμήμα

1.4 ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΕΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕΔΟ

Transcript:

Η Επιτάχυνση η τα- Έστω r ( t ) ( t ) i ( t ) j z ( t ) k το διάνυσμα θέσης του κινητού Μ και ( t ) χύτητά του ( Σχήμα 1 ). Από τον ορισμό της ταχύτητας θα ισχύει r ( t ) r ( t ) ή πιο απλά (1) t t Άρα η ταχύτητα ως διανυσματική παράγωγος του διανύσματος θέσης θα είναι εφαπτόμενη στη τροχιά, στο σημείο που βρίσκεται το κινητό και θα έχει φορά τη φορά του r, δηλαδή τη φορά της κίνησης. Θα ισχύει r i j z k () και συνεπώς r r r z z k v i v j v nv rv^th M rv uv^ t h δηλαδή r (3) Σχήμα 1 όπου s είναι το μήκος της τροχιάς μετρημένο από την αρχική θέση του κινητού. Το μέτρο της ταχύτητας του κινητού είναι r r (4) t t t υ= 0 Το μοναδιαίο διάνυσμα που έχει την κατεύθυνση της ταχύτητας και άρα της κίνησης και είναι συγχρόνως εφαπτόμενο στην τροχιά στη θέση Μ που βρίσκεται το κινητό είναι (5) 1

Παίρνοντας υπόψη τις σχέσεις (1) και (4) προκύπτει r t r t r t t r Συνεπώς το μοναδιαίο διάνυσμα που έχει την κατεύθυνση της ταχύτητας και άρα της κίνησης και είναι συγχρόνως εφαπτόμενο στην τροχιά στη θέση Μ που βρίσκεται το κινητό είναι r Λαμβάνοντας υπόψη τις σχέσεις (1), (4) και (6) παίρνουμε διαδοχικά (6) r t r t (7) Παραγωγίζοντας τη διανυσματική σχέση (7) προκύπτει η επιτάχυνση του υλικού σημείου Μ t t t t t t και τελικά (8) t Από τον ορισμό του ( σχέση 5 ) το είναι μοναδιαίο διάνυσμα και συνεπώς 1 Η παραπάνω σχέση δηλώνει ότι τα διανύσματα έχουν εσωτερικό γινόμενο μηδέν και άρα ότι είναι κάθετα μεταξύ τους. 0 0 0 και Το διάνυσμα κινητό. είναι το μοναδιαίο, το εφαπτόμενο στην τροχιά, στη θέση που βρίσκεται το Κατά συνέπεια το είναι ένα διάνυσμα κάθετο στην (εφαπτόμενη) τροχιά στη θέση που βρίσκεται το κινητό.

Επομένως το κύριο μοναδιαίο διάνυσμα το κάθετο στην τροχιά είναι το τη σχέση Από την παραπάνω σχέση προκύπτει που δίνεται από (9) (10) Αντικαθιστώντας την (10) στην (8) προκύπτει ότι η επιτάχυνση του υλικού σημείου Μ που κινείται σε χώρο τριών διαστάσεων σε τυχαία τροχιά r( t ) ( t )i ( t ) j z( t ) k είναι t Από τη (11) βλέπουμε ότι η επιτάχυνση ενός υλικού σημείου που κινείται σε χώρο τριών διαστάσεων αναλύθηκε σε μεταβλητό σύστημα δύο αξόνων με μοναδιαία τα δύο πολύ σημαντικά μεταβλητής κατεύθυνσης διανύσματα και. ( * ) Αυτή η ανάλυση είναι πολύ σπουδαία για την επιτάχυνση. Πράγματι: Η συνιστώσα t της επιτάχυνσης Έχει διεύθυνση τη διεύθυνση του, δηλαδή τη διεύθυνση της ταχύτητας του κινητού Μ. Έχει τη φορά του, δηλαδή τη φορά της ταχύτητας, αν ο ρυθμός μεταβολής του μέτρου της ταχύτητας t είναι θετικός, δηλαδή αν το μέτρο της ταχύτητας αυξάνει. Έχει φορά αντίθετη από εκείνη της ταχύτητας αν το μέτρο της ταχύτητας μειώνεται. (11) Ονομάζεται επιτρόχιος συνιστώσα της επιτάχυνσης του Μ ή απλά επιτρόχιος επιτάχυνση του Μ. Άρα η επιτρόχιος επιτάχυνση του Μ είναι E (1) t ( * ) Η ανάλυση της επιτάχυνσης σε τρεις συνιστώσες παράλληλες με τους άξονες είναι εύκολη και γίνεται βάσει του ορισμού της επιτάχυνσης r z i j k t t t t t (13) 3

4 Η συνιστώσα K της επιτάχυνσης Έχει διεύθυνση τη διεύθυνση του, δηλαδή κάθετη στην διεύθυνση της ταχύτητας του Μ. Έχει πάντα τη φορά του γιατί ο συντελεστής του είναι θετικός. ( * ) Ονομάζεται κεντρομόλος συνιστώσα της επιτάχυνσης του Μ ή απλά κεντρομόλος επιτάχυνση του Μ. Άρα η κεντρομόλος επιτάχυνση του Μ είναι K (14) Την παραπάνω σχέση μπορούμε να επεξεργαστούμε ώστε να προκύψουν και άλλες σχέσεις για την κεντρομόλο επιτάχυνση: Πράγματι λόγω της σχέσης (6) είναι r και συνεπώς z k z j i r r (15) Από (14) και (15) έχουμε ότι η κεντρομόλος επιτάχυνση δίνεται και από τη σχέση K z (16) Καλώντας z R 1 (17) την ακτίνα καμπυλότητας της τροχιάς μπορούμε να γράψουμε για την κεντρομόλος επιτάχυνση του Μ R K (18) ( * ) Ας προσέξουμε ότι τα διανύσματα και είναι τελείως καθορισμένα βάσει των ορισμών τους, στους οποίους βέβαια πρέπει να καταφύγουμε αν θελήσουμε να τα προσδιορίσουμε.

Συνδυάζοντας τις σχέσεις (11), (1), (13) και (18) προκύπτει ότι η επιτάχυνση του υλικού σημείου Μ που κινείται σε τρισδιάστατο χώρο μπορεί να γραφεί ως άθροισμα δύο συνιστωσών, της επιτρόχιας και της κεντρομόλου επιτάχυνσης, ως εξής: όπου: E K (19) t R R είναι η ακτίνα καμπυλότητας της τροχιάς στο σημείο όπου βρίσκεται το κινητό και ορίζεται βάσει των σχέσεων (16) και (17) ως R z είναι το μοναδιαίο διάνυσμα και ορίζεται βάσει της σχέσης (5) ως ή βάσει της σχέσης (6) ισοδύναμα ως r είναι το μοναδιαίο διάνυσμα το κάθετο στο -1 και ορίζεται βάσει της (9) ως Από τη σχέση (19) προκύπτουν τα εξής: α) Τις χρονικές στιγμές που ο ρυθμός μεταβολής του μέτρου της ταχύτητας είναι μηδέν, ό- ταν δηλαδή =0, η επιτρόχιος συνιστώσα της επιτάχυνσης του κινητού θα είναι μηδέν. t β) Τις χρονικές στιγμές που μηδενίζεται η ταχύτητα ενός κινητού μηδενίζεται και η κεντρομόλος συνιστώσα της επιτάχυνσής του. Θα πρέπει βέβαια να σκεφτούμε ότι όταν μηδενίζεται (στιγμιαία) η ταχύτητα ενός κινητού δεν είναι απαραίτητο να μηδενίζεται (στιγμιαία) και ο ρυθμός μεταβολής της ταχύτητας. Στιγμιαίος μηδενισμός και της ταχύτητας και του ρυθμού μεταβολής της συγχρόνως, οδηγεί το κινητό σε ακινησία. 5

Εφαρμογή σε κύλιση τροχού χωρίς ολίσθηση (επίπεδη κίνηση στερεού): Ισχύουν: Η διεύθυνση κίνησης του κέντρου μάζας του αυτοκινήτου είναι σταθερή. Άρα τα σημεία του πέλματος του τροχού κινούνται σε επίπεδο με αποτέλεσμα το πρόβλημά μας να περιορίζεται σε δύο διαστάσεις. Ο τροχός δεν ολισθαίνει. Για να βρούμε την εξίσωση της τροχιάς του τυχαίου σημείου Μ στο πέλμα του τροχού μπορούμε, χωρίς να μειώνεται η γενικότητα των αποτελεσμάτων, να θεωρήσουμε ότι τη χρονική στιγμή t=0 το σημείο Μ βρισκόταν στην αρχή των αξόνων ( Σχήμα ). M jv i v b j b K j L A Επειδή ο τροχός δεν ολισθαίνει, όταν θα έχει στραφεί κατά γωνία φ, το σημείο επαφής του Α του τροχού με το έδαφος θα απέχει από την αρχή των αξόνων b φ, όπου b είναι η ακτίνα του τροχού. Σχήμα Οι συντεταγμένες του σημείου Μ και κατά συνέπεια η τροχιά του θα περιγράφεται από τις εξισώσεις =bφ (ΜΛ) και =b b(κλ) Από το ορθογώνιο τρίγωνο ΚΜΛ προκύπτει τελικά ότι οι εξισώσεις της τροχιάς του Μ θα είναι =b(φ-ημφ) (0) =b(1-συνφ) (1) Η γωνία φ είναι φ 0 και μετριέται σε ra Συνεπώς =b (1-συνφ) φ () =b ημφ φ (3) Αν s είναι το μήκος της τροχιάς από την αρχή της κίνησης, θα ισχύει b (1 - σ υ ν φ ) φ b η φ φ και τελικά b 1 (4) Η γωνία φ είναι συνάρτηση του χρόνου t. Η συγκεκριμένη όμως μορφή αυτής της συνάρτησης εξαρτάται από το είδος της κίνησης του αυτοκινήτου. 6

Για ευκολία των υπολογισμών μας, για να μη γίνουν δηλαδή πολύπλοκες οι παραγωγήσεις μια και οι συναρτήσεις είναι σύνθετες και οι μαθητές είναι μόνο Α Λυκείου, θα θεωρήσουμε ότι η γωνία φ είναι ανάλογη του χρόνου. Θεωρούμε λοιπόν φ=ωt. Τότε οι παραπάνω σχέσεις (0), (1) και (4) γίνονται και άρα οι χρονικοί παράγωγοι =b(ωt-ημωt) (5) =b(1-συνωt) (6) b 1 t t (7) b ( 1 t ) (8) t t b t (9) b 1 t (30) t Λόγω της σχέσης (4) το μέτρο της ταχύτητας του Μ είναι υ= t και άρα b 1 t (31) ή πιο απλά t b (3) Υπολογισμός της ταχύτητας του (υλικού) σημείου Μ του πέλματος του τροχού: α) Στο σύστημα αξόνων ( i, j ) Το διάνυσμα θέσης του σημείου Μ είναι r( t ) ( t )i και η ταχύτητά του r t ( t ) j i j t t 7

Η παραπάνω σχέση λόγω των (8) και (9) δίνει την ταχύτητα του σημείου Μ στους άξονες και ή αλλιώς στο σύστημα αξόνων. ( i, j ) b ( 1 t ) i b t j (33) β) Στο σύστημα αξόνων Λόγω της σχέσης (7) αξόνων είναι (, ) (, ) μπορούμε να βρούμε ότι η ταχύτητα του Μ στο σύστημα b 1 t (34) Όπως εύκολα φαίνεται και από τις δύο σχέσεις (33) και (34) το μέτρο υ της ταχύτητας, ανεξάρτητα από το σύστημα αξόνων που θα χρησιμοποιηθεί, είναι αυτό που υπολογίσαμε στις σχέσεις (31) και (3). Υπολογισμός της επιτρόχιας επιτάχυνσης του (υλικού) σημείου Μ του πέλματος του τροχού: α) Στο σύστημα αξόνων (, ) Ο ρυθμός μεταβολής του μέτρου της ταχύτητας του Μ είναι t t 1 t b b (35) t t t Από τη σχέση (1) προκύπτει ότι η επιτρόχιος επιτάχυνση του Μ είναι t t E b με t 0 (36) t β) Στο σύστημα αξόνων ( i, j ) Λόγω της σχέσης (6) r i j t t i t j t 8

Παίρνοντας υπόψη τις (8), (9) και (30) η παραπάνω σχέση δίνει τελικά t t t i j (37) t Συνδυάζοντας τις (36) και (37) προκύπτει b b E t i ( 1 t ) j (38) Υπολογισμός της κεντρομόλου επιτάχυνσης του (υλικού) σημείου Μ του πέλματος του τροχού: α) Στο σύστημα αξόνων (, ) Είναι δηλαδή t t b( 1 t ) b 1 t ( 1 t ) οπότε t t (39) t 4b t Όμοια 1 (40) 4b Η ακτίνα καμπυλότητας της τροχιάς στο σημείο που βρίσκεται το κινητό είναι R 1 Αντικαθιστώντας τις (39) και (40) προκύπτει t R 4b (41) 9

Συνδυάζοντας τις (18), (31) και (41) βρίσκουμε τη κεντρομόλο επιτάχυνση t K b (4) β) Στο σύστημα αξόνων ( i, j ) Από τη σχέση (33) μπορούμε εύκολα να πάρουμε την επιτάχυνση του σημείου Μ παραγωγίζοντας την ταχύτητα. Είναι b t i b t j (43) t Όμως E K K E Αντικαθιστώντας τις (38) και (43) b b K t i ( 1 t ) j (44) Σημείωση: Θα μπορούσαμε να βρούμε την κεντρομόλο επιτάχυνση του Μ αν υπολογίζαμε το μοναδιαίο διάνυσμα από τη σχέση (9) και το αντικαθιστούσαμε στη σχέση (4)... Το ανεκδιήγητο: Έχοντας υπόψη όλα τα παραπάνω ένας μαθητής της Α Λυκείου είναι τώρα πανέτοιμος να λύσει την άσκηση 14 σελίδα 158 του σχολικού βιβλίου Φυσικής Α Λυκείου «Ένα όχημα έχει λάστιχα διαμέτρου 0,8 m. Βρείτε την ταχύτητα και την κεντρομόλο επιτάχυνση ενός σημείου στο πέλμα του ελαστικού όταν το αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 35 m/sec» Τρίτη Δεκεμβρίου 009 Θρασύβουλος Κων. Μαχαίρας 10