STUDIUL FORTELOR DE INERTIE. FORTA CORIOLIS

Σχετικά έγγραφα
5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

Problema a II - a (10 puncte) Diferite circuite electrice

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent

3. Momentul forţei în raport cu un punct...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...4

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

CURS MECANICA CONSTRUCŢIILOR

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

Curs 4 Serii de numere reale

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

Curs 1 Şiruri de numere reale

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

Integrala nedefinită (primitive)

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

2. Sisteme de forţe concurente...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...3

CURS 9 MECANICA CONSTRUCŢIILOR

MARCAREA REZISTOARELOR

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

RĂSPUNS Modulul de rezistenţă este o caracteristică geometrică a secţiunii transversale, scrisă faţă de una dintre axele de inerţie principale:,

riptografie şi Securitate

DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE FRECARE LA ROSTOGOLIRE

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

Miscarea oscilatorie armonica ( Fisa nr. 2 )

7. RETELE ELECTRICE TRIFAZATE 7.1. RETELE ELECTRICE TRIFAZATE IN REGIM PERMANENT SINUSOIDAL

Subiecte Clasa a VIII-a

Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36].

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

5.4. MULTIPLEXOARE A 0 A 1 A 2

CUPRINS 3. Sisteme de forţe (continuare)... 1 Cuprins..1

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu,

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

Profesor Blaga Mirela-Gabriela DREAPTA

145. Sã se afle acceleraţiile celor trei corpuri din figurã. Ramurile firului care susţin scripetele mobil sunt verticale.

CUPRINS 5. Reducerea sistemelor de forţe (continuare)... 1 Cuprins..1

VII.2. PROBLEME REZOLVATE

a. Caracteristicile mecanice a motorului de c.c. cu excitaţie independentă (sau derivaţie)

DETERMINAREA ACCELERAŢIEI GRAVITAŢIONALE CU AJUTORUL UNUI PENDUL FIZIC

IV. CUADRIPOLI SI FILTRE ELECTRICE CAP. 13. CUADRIPOLI ELECTRICI

Subiecte Clasa a VII-a

Aparate de măsurat. Măsurări electronice Rezumatul cursului 2. MEE - prof. dr. ing. Ioan D. Oltean 1

UNELE APLICAŢII ALE FORŢELOR DE INERŢIE

15. Se dă bara O 1 AB, îndoită în unghi drept care se roteşte faţă de O 1 cu viteza unghiulară ω=const, axa se rotaţie fiind perpendiculară pe planul

Lucrul mecanic şi energia mecanică.

3. REPREZENTAREA PLANULUI

Tranzistoare bipolare şi cu efect de câmp

Functii Breviar teoretic 8 ianuarie ianuarie 2011

FENOMENE TRANZITORII Circuite RC şi RLC în regim nestaţionar

II. Dinamica (2) Unde F și F sunt forța de acțiune respectiv de reacțiune, Fig. 1.

Lucrul si energia mecanica

Clasa a IX-a, Lucrul mecanic. Energia

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

Lucrul mecanic. Puterea mecanică.


I. Forţa. I. 1. Efectul static şi efectul dinamic al forţei

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 4. Măsurarea parametrilor mărimilor electrice

CUPRINS 2. Sisteme de forţe... 1 Cuprins..1

Exemple de probleme rezolvate pentru cursurile DEEA Tranzistoare bipolare cu joncţiuni

Circuite electrice in regim permanent

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite

Algebra si Geometrie Seminar 9

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

Erori si incertitudini de măsurare. Modele matematice Instrument: proiectare, fabricaţie, Interacţiune măsurand instrument:

2. STATICA FLUIDELOR. 2.A. Presa hidraulică. Legea lui Arhimede

CURS XI XII SINTEZĂ. 1 Algebra vectorială a vectorilor liberi

III. Statica III. Statica. Echilibrul mecanic al corpurilor. 1. Sistem de forțe concurente. Sistemul de forțe

1.7. AMPLIFICATOARE DE PUTERE ÎN CLASA A ŞI AB

Curs 2 Şiruri de numere reale

Vectori liberi Produs scalar Produs vectorial Produsul mixt. 1 Vectori liberi. 2 Produs scalar. 3 Produs vectorial. 4 Produsul mixt.

x 1 = x x 2 + t, x 2 = 2 x 1 + x 1 + e t, x 1 (0) = 1, x 2 (0) = 1; (c) Să se studieze stabilitatea soluţiei nule pentru sistemul

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

STUDIUL EFECTULUI HALL ÎN SEMICONDUCTORI

Conice - Câteva proprietǎţi elementare

V O. = v I v stabilizator

1. (4p) Un mobil se deplasează pe o traiectorie curbilinie. Dependența de timp a mărimii vitezei mobilului pe traiectorie este v () t = 1.

ENUNŢURI ŞI REZOLVĂRI 2013

BARAJ DE JUNIORI,,Euclid Cipru, 28 mai 2012 (barajul 3)

Ecuatii trigonometrice

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

M. Stef Probleme 3 11 decembrie Curentul alternativ. Figura pentru problema 1.

STUDIUL MISCARII DE ROTATIE A SOLIDULUI RIGID. ELIPSOIDUL DE INERTIE. AXE PERMANENTE DE ROTATIE

5.1. Noţiuni introductive

CONCURS DE ADMITERE, 17 iulie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

CUPRINS 9. Echilibrul sistemelor de corpuri rigide... 1 Cuprins..1

1. PROPRIETĂȚILE FLUIDELOR

Transformări de frecvenţă

Transcript:

TUDIUL FORTELOR DE INERTIE. FORTA CORIOLI copul lucrării: Forţele de inerţie au un caracter fictiv, în sensul că ele nu constituie rezultatul unei interacţiuni şi, ca urmare, nu satisfac principiul al treilea al dinamicii. Ele sunt introduse atunci când se urmăreşte a extrapola valabilitatea principiilor dinamicii şi în sistemele neinerţiale. Expresiile matematice ale forţelor de inerţie se obţin dacă se cunoaşte acceleraţia unui corp în raport cu un sistem de referinţă aflat el însuşi într-o miscare accelerată şi se înmulţeşte această acceleraţie cu masa inertă a corpului. Aceste forţe nu produc efecte măsurabile. Legând corpul de un sistem de referinţa neinerţial, el este obligat să efectueze odată cu acesta o mişcare accelerată. Judecând din punctul de vedere al unui observator aflat în sistemul laboratorului, va apare, conform principiului al treilea al dinamicii o forţă de reacţiune, resimţită de legătură. Această forţă de reacţiune (reală) este egală ca mărime şi are acelaşi sens, dar nu este identică cu forţa de inerţie, ea putând fi pusă în evidenţă de observatorul din sistemul inerţial al laboratorului. Dispozitivul experimental utilizat în această lucrare permite măsurarea forţei de reacţiune şi compararea ei cu o forţa de inerţie (forţa Coriolis), a cărei expresie matematică se obţine prin calcul. Descrierea dispozitivului experimental: O imagine de ansamblu a instalaţiei experimentale este arătată în Fig. 1, iar schema de principiu a sa este prezentată in Fig. 2. Dispozi-tivul conţine un disc, D, care poate fi pus în mişcare de rotaţie cu ajutorul unui motor electric. Pe o tijă, T, montată după direcţia diametrului discului D şi susţinută de un ax vertical (coliniar cu axul discului), poate glisa un corp de masa m, pus într-o mişcare rectilinie şi uniformă Fig. 1 (în raport cu tija, folosind un al 2-lea

motor electric. Tija poate fi pusă în mişcare de rotaţie cu aceeaşi viteză unghiulară ca şi discul, dacă este legată de acesta prin intermediul unei spirale elastice. Aceasta, alungindu-se, acţionează asupra tijei si a corpului, obligându-le a se roti odată cu discul. Ca urmare, corpul reacţionează, cauzând deformarea spiralei, care funcţionează aici ca un dinamometru, fapt ce permite măsurarea forţei de reacţie. Aşa cum am menţionat anterior, forţa de reacţie este egală ca mărime şi are acelaşi sens cu forţa Coriolis. Efectele sale apar numai în momentul legării tijei de disc. Deşi simplu în principiu, este dificil de a se măsura gradul de deformare a spiralei-dinamometru, deoarece, în decursul experimentului, aceasta se roteşte cu viteză unghiulară mare, împreună cu întreg ansamblul corp - tijă - disc. Ca urmare, este necesar să se stabilească, experimental, o corespondenţă biunivocă între gradul de deformare al dinamometrului şi o altă mărime fizică, care să fie comod de măsurat în sistemul laboratorului. Acest lucru a fost realizat în cazul de faţă folosind dispozitivul arătat schematic in Fig. 2. Acest dispozitiv este alcătuit dintr-un miez cilindric de fier, ce poate glisa fără frecări în interiorul unei bobine prin care trece un curent electric alternativ. Intensitatea acestui curent depinde de impedanţa bobinei cu miez feromagnetic, deci şi 2 de valoarea inductanţei acesteia. Cum în expresia inductanţei ( L= µµ 0 r N / l) intervine (în cazul de faţă ca o mărime variabilă) permeabilitatea magnetică relativă a miezului bobinei, deformarea spiralei va determina modificarea lungimea miezului de fier aflat în interiorul bobinei şi, ca urmare, valoarea intensităţii curentului. Deoarece expresia matematică care exprimă legătura dintre elongaţia spiralei şi intensitatea curentului prin bobină este destul de complicată, în laborator corespondenţa sus-menţionată se stabileşte pe cale empirică. Operaţia se numeşte T etalonarea spiralei elastice; ea se efectuează prin acţionarea asupra acesteia cu forţe cunoscute şi prin măsurarea valorii Fig. 2 corespunzătoare a curentului electric. Pentru trasarea curbei de etalonare a spiralei vom folosi un platan uşor, ce se poate lega de tija mobilă, T, printr-un fir ce trece peste un scripete fix. Aşezând, succesiv, pe platan greutăţi diferite şi măsurând curentul ce trece prin bobină, se poate etalona dinamometrul, trasându-se curba F = F(I) sau I=I(F).

Principiul fizic al metodei. Aşa cum este cunoscut, poziţia unui punct material de masă m, în raport cu sistemul laboratorului (), ai căror versori sînt ficşi, poate fi precizată prin vectorul de poziţie r( x, y, z) ; în raport cu un sistem de referinţă (având versorii xˆ', yˆ', zˆ ' s) aflat în rotaţie, poziţia aceluiaşi punct este precizată prin vectorul r'( x', y', z'). Dacă mişcarea acestui punct material se desfăşoară în planul xoy şi dacă originile celor două sisteme de referinţă coincid, coordonatele punctului considerat, în raport cu sistemele de referinţă şi sunt legate între ele prin relaţia: ( xxˆ+ yyˆ) = ( x' xˆ' + y ' yˆ') (1) Valorile vitezei, exprimate în raport cu cele două sisteme de referinţă, precum şi relaţia dintre ele, se obţin derivând în raport cu timpul mărimile din (1) şi având în vedere că derivatele versorilor ˆx şi ŷ sunt nule: ( xx " ˆ+ yy " ˆ) = ( xx " ˆ' + yy " ˆ' + xx" ˆ+ yyˆ" ) (2) Pentru a calcula derivata versorilor din în raport cu timpul, vom avea în vedere că lungimea arcului descris de vârful versorului r ˆ', care este mereu îndreptat spre punctul material P, (vezi Fig. 3) în intervalul de timp dt este: drˆ' = rˆ' dϕ eˆ ϕ şi având în vedere că: eˆ = ωˆ rˆ' ' ϕ ' rezultă: () r" ˆ = ( ωωˆ rˆ) = ( ω rˆ) (3) ' ' ' Fig. 3 Relaţia (3) este echivalentă cu două ecuaţii, corespunzătoare direcţiilor Ox şi Oy: ( x " ˆ) ˆ ' = ω ( x) şi ' ( y" ˆ) = ω ( yˆ) (4) ' ' Cu aceste ultime două relaţii, ecuaţia (2) devine: ( v) = ( v') + ω ( x' + y') = ( v') + ω ( r') L ' ' ' ' (5) Această ultimă relaţie poate fi uşor interpretată fizic, dacă avem în vedere faptul că, în timpul în care corpul se deplasează din poziţia A în B, punctul A, legat de sistemul de referinţă neinerţial (în cazul nostru - de disc), ajunge în C (Fig. 4); deplasările corpului, măsurată de doi observatori din cele două sisteme menţionate sunt, conform Fig 4, legate prin relaţia: ( dr ) = ( dr ) + rdϕ( ωˆ rˆ ') ' '

De aici, prin împărţire la dt, obţinem ecuaţia (5). Expresiile acceleraţiilor, măsurate de cei doi observatori se obţin aplicând acelaşi procedeu ca şi cel folosit în cazul vitezei, plecând de la ecuaţia (2); prin derivare, vom avea: Rezultă: ("" xxˆ+ "" yyˆ) = ["" x' xˆ' + "" yyˆ' + 2( x" ' x" ˆ+ y" ' y" ˆ) + x' "" xˆ+ y '"" yˆ] (6) L Aplicând un raţionament similar cu cel prezentat anterior, privitor la modul de calculare a derivatelor versorilor versorilor şi, având în vedere că: "" xˆ = ω" xˆ' + ω' ( ω' xˆ') s (7) "" yˆ = ω" yˆ' + ω' ( ω' yˆ') Fig. 4 găsim: a = a + 2 ω v' + ω " r' + ω ( ω r' ) ' ' ' ' a = a 2 ω v' ω " r' ω ( ω r' ) (8) ' ' ' ' Admiţând valabilitatea principiului al doilea al dinamicii şi pentru sisteme de referinţă neinerţiale şi, având în vedere că, în experimentul curent, mişcarea circulară este uniformă (ω = const.), expresia forţei, măsurate în devine: m a' = m a m (2 ω v' ) m ω ω r' sau: unde: ( ) ' ' s' Cor Cf F' = F + F + F ( ω ' ) s ' ' (9) (10) Cor F = 2 mω v' ' Cf (11) F = mω r Aşadar, cele două forţe de inerţie exprimate în ecuaţia (11) (forţa Coriolis şi forţa centrifugă) nu sunt rezultatul nici unei interacţiuni, deoarece nu există un alt corp cu care corpul de masă m să interacţioneze; prezenţa lor poate fi justificată prin existenţa unei acceleraţii ce poate fi măsurată doar de observatorul aflat în sistemul de referinţă neinerţial. Modul de lucru: se trasează curba de etalonare a dinamometrului, I = I( mg); "se măsoară viteza liniară de glisare a corpului de-a lungul tijei, în situaţia discului în repaus (v = l/t 2 ); #se măsoară viteza unghiulară de rotaţie a discului în condiţiile deplasării

corpului pe tijă (ω=2πn/t 1 ) $se citeşte valoarea masei corpului, înscrisă pe acesta; %cu valorile găsite pentru v şi ω se calculează valoarea forţei Coriolis; &se repetă măsurătorile şi se completează tabelul de date : Tabelul 1 Determinarea forţei Coriolis Nr. det. 1 2... l (cm) t 1 (s) t 2 (s) n v (m/s) ω (rot/s) F Cor (N) Pentru a măsura forţa de reacţiune se notează intensitatea curentului electric ce trece prin circuitul cu dinamometru, atunci când corpul se află cel mai aproape de punctul de fixare al spiralei, astfel încât braţele momentelor forţelor de reacţie şi elastică să fie egale. Cu ajutorul curbei de etalonare se găseşte mărimea forţei de reacţie cu care corpul se opune accelerării sale. Având în vedere modul de realizare a spiralei elastice în laborator, determinarea intensităţii forţei de reacţiune se face numai în cazul deplasării corpului pe tijă, spre exterior. e vor compara valorile numerice ale forţei Coriolis şi, respectiv, de reacţiune, rezultatul comparaţiei exprimându-se prin diferenţa relativă dintre ele: Cor F Freact ε = Cor F 'Notă Analizaţi sursele posibile de erori. " Găsiţi un procedeu de evaluare a efectului forţelor de frecare ce intervin în desfăşurarea experimentului şi, implicit, în procesul de măsură. #Explicaţi efectele forţei de reacţiune şi a forţei Coriolis apelând şi la considerente energetice.