תרגול #5 כוחות (נורמל, חיכוך ומתיחות)

Σχετικά έγγραφα
דוגמאות. W = mg. = N mg f sinθ = 0 N = sin20 = 59.26N. F y. m * = N 9.8 = = 6.04kg. m * = ma x. F x. = 30cos20 = 5.

דינמיקה כוחות. N = kg m s 2 מתאפסת.

תרגול #4 כוחות (נורמל, חיכוך, מדומה)

תרגול #6 כוחות (תלות בזמן, תלות במהירות)

T 1. T 3 x T 3 בזווית, N ( ) ( ) ( ) התלוי. N mg שמאלה (כיוון

תרגול 6 חיכוך ותנועה מעגלית

תרגול #7 עבודה ואנרגיה

Charles Augustin COULOMB ( ) קולון חוק = K F E המרחק סטט-קולון.

פתרון תרגיל מרחבים וקטורים. x = s t ולכן. ur uur נסמן, ur uur לכן U הוא. ur uur. ur uur

תרגול #10 מרכז מסה, מומנט התמד ומומנט כח

רקע תיאורטי פיסיקה 1

החשמלי השדה הקדמה: (אדום) הוא גוף הטעון במטען q, כאשר גוף B, נכנס אל תוך התחום בו השדה משפיע, השדה מפעיל עליו כוח.

חורף תש''ע פתרון בחינה סופית מועד א'

תרגול 1 חזרה טורי פורייה והתמרות אינטגרליות חורף תשע"ב זהויות טריגונומטריות

פתרון 4. a = Δv Δt = = 2.5 m s 10 0 = 25. y = y v = 15.33m s = 40 2 = 20 m s. v = = 30m x = t. x = x 0.

4( מסה m תלויה על חוט בנקודה A ומשוחררת. כאשר היא עוברת בנקודה הנמוכה ביותר B, המתיחות בחוט היא: א. התשובה תלויה באורך החוט.

מורה יקר! שים לב, התשובות הנכונות מסומנות באדום!

הצעת פתרון- בחינת הבגרות בפיזיקה

תרגיל 13 משפטי רול ולגראנז הערות

= 2. + sin(240 ) = = 3 ( tan(α) = 5 2 = sin(α) = sin(α) = 5. os(α) = + c ot(α) = π)) sin( 60 ) sin( 60 ) sin(

קבל מורכב משני מוליכים, אשר אינם במגע אחד עם השני, בכל צורה שהיא. כאשר קבל טעון, על כל "לוח" יש את אותה כמות מטען, אך הסימנים הם הפוכים.

פתרון תרגיל 8. מרחבים וקטורים פרישה, תלות \ אי-תלות לינארית, בסיס ומימד ... ( ) ( ) ( ) = L. uuruuruur. { v,v,v ( ) ( ) ( ) ( )

את כיוון המהירות. A, B

פעולות בין מערכים עבור בסיס אחד. = a. a a פיסיקה היא מדע המתאר בצורה כמותית (בעזרת משוואות מתמטיות) את התופעות הבסיסיות המתרחשות בטבע.

[ ] Observability, Controllability תרגול 6. ( t) t t קונטרולבילית H למימדים!!) והאובז' דוגמא: x. נשתמש בעובדה ש ) SS rank( S) = rank( עבור מטריצה m

תרגול מס' 6 פתרון מערכת משוואות ליניארית

תרגול פעולות מומצאות 3

תרגול משפט הדיברגנץ. D תחום חסום וסגור בעל שפה חלקה למדי D, ותהי F פו' וקטורית :F, R n R n אזי: נוסחת גרין I: הוכחה: F = u v כאשר u פו' סקלרית:

יסודות לוגיקה ותורת הקבוצות למערכות מידע (סמסטר ב 2012)

דף פתרונות 7 נושא: תחשיב הפסוקים: צורה דיסיונקטיבית נורמלית, מערכת קשרים שלמה, עקביות

דף נוסחאות - דינמיקה של גוף קשיח Rigid Body Dynamics

זה או ה"מנסים" לנוע, כלומר נדחפים או ה"חיכוך"?

שאלה 1 V AB פתרון AB 30 R3 20 R


סיכום חקירת משוואות מהמעלה הראשונה ומהמעלה השנייה פרק זה הינו חלק מסיכום כולל לשאלון 005 שנכתב על-ידי מאיר בכור

סיכום- בעיות מינימוםמקסימום - שאלון 806

רקנסיל רוגיא רמ. עדמל ןמציו

אלקטרומגנטיות אנליטית תירגול #13 יחסות פרטית

. sec [ ] sec. lim 0. 1 y

:ןורטיונ וא ןוטורפ תסמ

Lecture Notes in Physics 1B. Michael Gedalin and Ephim Golbraikh

סיכום בנושא של דיפרנציאביליות ונגזרות כיווניות

m 3kg משוחררת מנקודה A של משור משופע חלק בעל אורך

סדרות - תרגילים הכנה לבגרות 5 יח"ל

תרגיל 7 פונקציות טריגונומטריות הערות

אלגברה ליניארית 1 א' פתרון 2

קיום ויחידות פתרונות למשוואות דיפרנציאליות

סטודנטים יקרים. לפניכם ספר תרגילים בקורס פיזיקה 1. הספר הוא חלק מקורס חדשני וראשון מסוגו בארץ בנושא זה, המועבר ברשת האינטרנט.

תשובות מלאות לבחינת הבגרות במתמטיקה מועד ג' תשע"ד, מיום 0/8/0610 שאלונים: 315, מוצע על ידי בית הספר לבגרות ולפסיכומטרי של אבירם פלדמן

PDF created with pdffactory trial version

אלגברה מודרנית פתרון שיעורי בית 6

מבוא ונוסחאות עיקריות לתרגיל כיתה מספר 5. בתרגול מספר 4 הוסבר שכאשר גוף נמצא בתוך מערכת המאיצה בתאוצה, a r system החוק F מייצג כוחות אמיתיים בלבד).

פתרון מבחן פיזיקה 5 יח"ל טור א' שדה מגנטי ורמות אנרגיה פרק א שדה מגנטי (100 נקודות)

הפקולטה למדעי הטבע המחלקה לפיזיקה קורס : פיזיקה 1 א. ב. א. ב. א. ב. ג. עבודה: )1 גוף נזרק מגובה h 8m. במהירות אופקית שווה ל- 7m/s

דף תרגילים תנועת מטען בשדה מגנטיות

Logic and Set Theory for Comp. Sci.

בהצלחה! הוראות אוניברסיטת בן גוריון הפקולטה למדעי הטבע המחלקה לפיסיקה

שאלה. משקולת שמסתה 2kg = m תלויה במנוחה על חוט שאורכו l, = 1m המחובר לתקרה. )ראו תרשים(

מחוון פתרון לתרגילי חזרה באלקטרומגנטיות קיץ תשס"ז. V=ε R

דיאגמת פאזת ברזל פחמן

c ארזים 26 בינואר משפט ברנסייד פתירה. Cl (z) = G / Cent (z) = q b r 2 הצגות ממשיות V = V 0 R C אזי מקבלים הצגה מרוכבת G GL R (V 0 ) GL C (V )

f ( x, y) 1 5y axy x xy ye dxdy לדוגמה: axy + + = a ay e 3 2 a e a y ( ) במישור. xy ואז dxdy למישור.xy שבסיסם dxdy וגבהם y) f( x, איור 25.

חשמל ומגנטיות תשע"ה תרגול 3 פוטנציאל חשמלי ואנרגיה אלקטרוסטטית

ל הזכויות שמורות לדפנה וסטרייך

אלגברה לינארית (1) - פתרון תרגיל 11

אלגברה ליניארית (1) - תרגיל 6

3-9 - a < x < a, a < x < a

חוק פאראדיי השתנות השטף המגנטי בזמן,גורמת להשראת מתח חשמלי במוליך (המתח הזה הינו כוח אלקטרו מניע או כא מ).

גודל. איור 29.1 ב- = 2 = 4. F x שני דרכים לחבר: גאומטרית ואלגברית. איור d = 3

החוק השני של ניוטון מטרה: חקירת תנועה בהשפעת כוח תלות התאוצה במסה. א. תלות התאוצה בכוח. ב. בדיקת שימור אנרגיה במהלך התנועה. ג. משקולות, גלגלת וחוט.

חוק קולון והשדה האלקטרוסטטי

גבול ורציפות של פונקציה סקלרית שאלות נוספות

ךוכיח םדקמ 1 םישרת אובמ

לדוגמה: במפורט: x C. ,a,7 ו- 13. כלומר בקיצור

שדות תזכורת: פולינום ממעלה 2 או 3 מעל שדה הוא פריק אם ורק אם יש לו שורש בשדה. שקיימים 5 מספרים שלמים שונים , ראשוני. שעבורם

תרגול #14 תורת היחסות הפרטית

חוברת תרגילים בדינמיקה

תשס"ז שאלות מהחוברת: שאלה 1: 3 ס"מ פתרון: = = F r 03.0 שאלה 2: R פתרון: F 2 = 1 10

מכניקה אנליטית תרגול 6

פתרון תרגיל 5 מבוא ללוגיקה ותורת הקבוצות, סתיו תשע"ד

gcd 24,15 = 3 3 =

עבטה יעדמו הסדנהה יעדמ תניכמ הקיסיפב תובושתו תוניחב ףסוא ל חי " 5 תישילש הרודהמ 2004 רבוטקוא

2007/2008 תוקנה ע"י: פרופ' רובין מיילס אבו-סאלח סאמי

אוסף שאלות מס. 3 פתרונות

פיסיקה 1 מכניקה אייל לוי

I. גבולות. x 0. מתקיים L < ε. lim אם ורק אם. ( x) = 1. lim = 1. lim. x x ( ) הפונקציה נגזרות Δ 0. x Δx

פתח דבר לתלמידים ולמורים, ספר זה מיועד לתלמידי פיזיקה אינטרניים ואקסטרניים, המתכוננים לבחינת הבגרות במכניקה, באופטיקה ובגלים.

שאלה 1 נתון: (AB = AC) ABC שאלה 2 ( ) נתון. באמצעות r ו-. α שאלה 3 הוכח:. AE + BE = CE שאלה 4 האלכסון (AB CD) ABCD תשובה: 14 ס"מ = CD.

פיזיקה מכניקה כוחות והתקני כוח דינאמיקה תרמודינאמיקה

וקטורים א( חשב מהו A+B+C ב( חשב מהו A-B-C ג( חשב מהו 2A+3B-4C א( מהו הוקטור היחידה 1.1 נתונים 3 וקטורים:

מתמטיקה בדידה תרגול מס' 12

"קשר-חם" : לקידום שיפור וריענון החינוך המתמטי

תרגול 5 פוטנציאל חשמלי ואנרגייה חשמלית

שטף בהקשר של שדה וקטורי הוא "כמות" השדה הוקטורי העובר דרך משטח מסויים. שטף חשמלי מוגדר כך:

brookal/logic.html לוגיקה מתמטית תרגיל אלון ברוק

גלים א. חיבור שני גלים ב. חיבור N גלים ג. גלים מונוכרומטיים וגלים קוהרנטיים ד. זרם העתקה ה. משוואות מקסוול ו. גלים אלקטרומגנטיים

לוגיקה ותורת הקבוצות פתרון תרגיל בית 8 חורף תשע"ו ( ) ... חלק ראשון: שאלות שאינן להגשה נפריד למקרים:

גליון 1 גליון 2 = = ( x) ( x)

אלקטרומגנטיות אנליטית תירגול #2 סטטיקה

טענה חשובה : העתקה לינארית הינה חד חד ערכית האפס ב- הוא הוקטור היחיד שמועתק לוקטור אפס של. נקבל מחד חד הערכיות כי בהכרח.

Transcript:

תרגול #5 כוחות נורמל, חיכוך ומתיחות) 19 בנובמבר 013 רקע תיאורטי כח הוא מידה של אינטרקציה בין כל שני גופים. היחידות הפיסיקליות של כח הן ניוטון.[F ] = N חוקי ניוטון 1. חוק הפעולה והתגובה כאשר סך הכוחות כח שקול) הפועלים על גוף הינו אפס, הגוף ימשיך לנוע באותה המהירות. גודלה ישאר קבוע והוא ינוע בקו ישר אם מהירותו היא אפס, אז הוא ישאר במנוחה).. חוק שני של ניוטון סך הכוחות הפועלים על גוף שווה למכפלת מסת הגוף בוקטור התאוצה. למעשה, הכח השקול הוא הגורם לגוף להאיץ: F tot = F = m a משוואה זו קרויה משוואת כוחות ושימו לב כי אנו נרשום את כלל הכוחות שפועלים על גוף m בלבד על ידי גופים אחרים. במידה ויש לנו במערכת מספר גופים, על כל גוף נרשום משוואת כוחות בנפרד. הכח הינו וקטור, וכאשר אנו מצויים בתנועה ביותר ממימד 1 לרוב נפרק את הוקטור לרכיבים לפי מערכת הצירים שבחרנו ונתייחס לכל רכיב כעל תנועה במימד 1. 3. חוק הפעולה והתגובה בין שני גופים המקיימים אינטרקציה פועל כח. הכוח שהם מפעילים אחד על השני שווה בגודלו אך הפוך בכיוונו: F 1 = F 1 שלא כמו משוואת הכוחות בחוק שני של ניוטון, כאן מדובר על כוחות הפועלים על גופים שונים. הערה כאשר נרצה לכתוב משוואת כוחות אחת על שני גופים יחדיו, אנו נתייחס רק לכוחות החיצוניים של המערכת. הכוחות הפנימיים, שהם הכוחות בין הגופים בתוך המערכת, למעשה מתקזזים כיוון שמדובר בחיבור של וקטורים מנוגדים. 1

כוח נורמלי N כח שפועל בין שני גופים בזמן מגע. הכח הנורמלי יהיה תמיד מאונך למישור המגע בין שני הגופים וכיוונו יהיה בכיוון "הלחיצה" של הגוף האחר. כוח חיכוך f חיכוך הוא כוח הפועל בין שני גופים הנמצאים במגע. כיוונו תמיד יהיה מנוגד לכיוון בו הגוף רוצה לנוע בין אם יש תנועה ובין אם לא). כח החיכוך אינו משמר, כלומר במערכת בה יש חיכוך אין שימור אנרגיה, והעבודה שכוח החיכוך עושה הופכת לחום או לשינוי צורה של המשטח. מבדילים בין שני סוגים שונים של חיכוך: חיכוך סטטי כוח החיכוך בין שני גופים שאינם בתנועה זה יחסית לזה. כוח זה משתנה ככל שמגדילים את כוח הדחיפה או המשיכה ומגיע לערך מקסימלי הניתן על ידי: f s f s,max = µ s N חיכוך קינטי כוח החיכוך בין גופים בתנועה. כח זה קבוע ושווה תמיד ל f. k = µ k N µ נקרא מקדם החיכוך והוא חסר יחידות. מקדם החיכוך שונה עבור חיכוך סטטי או קינטי ותלוי בתכונות החומרים מהם עשויים הגופים אשר במגע. כח מתיחות T כח המתיחות הוא כח תגובה הפועל על ידי מיתר מתוח חוט, חבל או שרשרת). כיוונו הוא תמיד לאורך החוט מנקודת המגע לגוף אל החוט.

שאלה 1 3135 כח במישור משופע במערכת המתוארת בתרשים, ישנו חיכוך בין מסה m למסה M עם מקדם חיכוך סטטי µ, s כמו כן ישנו חיכוך בין מישור המשופע למסה M עם מקדם חיכוך µ. k מהו הכח המקסימלי F כדי שלא תהיה תנועה יחסית בין הגופים, אך שניהם ינועו יחדיו ביחס לקרקע. פתרון נרשום את משוואת הכוחות עבור כל אחת מהמסות, כאשר נבחר מערכת צירים המוטת בזווית α ביחס לקרקע ציר אחד משיק, וציר שני מאונך למשטח המשופע). אולם, עלינו לשים לב כי כח החיכוך הסטטי עלול לפעול בכיוון החיובי, או לחילופין, בכיוון השלילי של ציר î. כח החיכוך הסטטי "נכנס לפעולה" כאשר יש כח אופקי למשטח הרוצה לגרום למסה לזוז. נבחן שני מקרים: א. F: > g sn α במצב כזה המסה "רוצה" לעלות במעלה השיפוע ולכן f s יהיה בכיוון מורד השיפוע. on m : F x, = F f s mg sn α = ma F y, = N mg cos α = 0 on M : F x, = f s f k Mg sn α = Ma F y, = N 0 N Mg cos α = 0 כאשר N הוא כח הנורמל הפועל בין המסות ו N 0 הוא כח הנורמל שמפעיל המישור המשופע על מסה M. שימו לב שגם כאן בחרנו את החיכוך הקינטי f k להיות במורד השיפוע וזאת כי עלינו למצוא את הכח F המקסימלי. אם כוחות החיכוך פועלים בניגוד ל F, הדבר אומר שעלינו להפעיל כח F יותר גדול ומכאן שזו הבחירה שלנו עבור מציאת הכח המקסימלי. נחלק את משוואות הכוחות לאורך ציר î במסות: 3

F f s m g sn α = a f s f k M g sn α = a נשווה את המשוואות ונזכור כי f k = µ k N 0 וכן : f s µ s N F = 1 + m ) f s m M M f k 1 + m ) µ s N m M M µ kn 0 F 1 + m ) µ s N m M M µ kn µ k mg cos α F max = mg cos α 1 + m ) [µ s µ k ] M הכח המקסימלי יתקבל כאשר יהיה שוויון. ב. F: < g sn α במצב כזה המסה "רוצה" לרדת במורד השיפוע ולכן f s יהיה בכיוון מעלה השיפוע. on m : on M : F x, = F + f s mg sn α = ma F y, = N mg cos α = 0 F x, = f s + f k Mg sn α = Ma F y, = N 0 N Mg cos α = 0 נשחק עם המשוואות: F + f s m g sn α = a f s + f k M g sn α = a נשווה, נציב ונקבל: F = 1 + m ) f s + m M M f k 1 + m ) µ s N + m M M µ kn 0 F 1 + m ) µ s N + m M M µ kn + µ k mg cos α F mn = mg cos α 1 + m ) [µ k µ s ] M הכח המינימלי יתקיים עבור שוויון. 4

שאלה 1 3138 תנועה עם גלגלת כדי לממן את חופשת הסקי, נאלץ ר' שמסתו עלתה ל M) = 7 kg לעבוד בניקוי חלונות בבניינים גבוהים. במהלך עבודתו עמד על מבנה משולשי שמסתו m = 40 kg מחובר לגלגלת חסרת חיכוך ומסה איור 1). כדי לעלות ולרדת צריך ר' למשוך בחבל. איור 1: מקרה א איור : מקרה ב א. איזה כח צריך ר' להפעיל על החבל כדי לעלות במהירות קבועה? ב. מהו הכח אותו הוא מפעיל על הלוח במקרה זה? ג. מהו הכח אותו הוא מפעיל על מנת לרדת בתאוצה קבועה של 1? m/s ד. לאחר שהתעייף, החליט ר' לייעל את המערכת ולהוסיף גלגלת נוספת איור ). פתרו את שלושת הסעיפים לעיל עבור המערכת החדשה. פתרון א. איזה כח צריך ר' להפעיל על החבל כדי לעלות במהירות קבועה? נרשום משוואת כוחות על כל אחד מהגופים בנפרד, האדם והמבנה. אדם והמבנה נעים יחדיו במהירות קבועה, כלומר = 0 a. על האדם המשוך בחוט פועל כח מתיחות T, כח הכובד Mg וכח הנורמל שמפעיל המבנה עליו N. נבחר את הציר האנכי שיהיה חיובי כלפי מעלה: F M, tot = T + N Mg = 0 על המבנה פועל כח המתיחות למעלה T. שימו לב שמדובר באותה מתיחות כמו במשוואה על האדם כיוון ומדובר באותו חוט. מתיחות החוט בקורס זה) אחידה לכל אורכו. כח הכובד mg כלפי מטה וכח נורמל שמפעיל עליו האדם N וכיוונו כלפי מטה חוק הפעולה והתגובה): F m, tot = T N mg = 0 נתבקשנו למצוא את הכח שמפעיל האדם על החוט. מחוק הפעולה והתגובה חוק 3 של 5

ניוטון) אנו יודעים כי גודלו של כח זה שווה לכח שמפעיל החוט על האדם, כלומר עלינו למצוא את T. נחבר את המשוואות ונקבל: T M + m) g = 0 T = M + m g = 560 N ב. מהו הכח אותו מפעיל האדם על המבנה במקרה זה? כח זה הוא הכח הנורמלי, זה למעשה הכח היחידי הפועל בין שני הגופים בשאלה זו. נחסר הפעם בין משוואות הכוחות לעיל ונקבל: N M m) g = 0 N = M m g = 160 N ג. מהו הכח אותו הוא מפעיל על מנת לרדת בתאוצה קבועה של 1? m/s נפתור עבור תאוצה כללית a, כך שלמעשה היא יכולה להיות שלילית/חיובית/אפס. הדבר היחיד שנשתנה הוא שכעת סכום הכוחות כח שקול) שווה למכפלת מסת הגוף לתאוצה. שני הגופים נעים באותה תאוצה: F M, tot = T + N Mg = Ma F m, tot = T N mg = ma הכח אותו יפעיל האדם: T M + m) g = M + m) a T = M + m) g + a) = 504 N שימו לב שאם נציב = 0 a נקבל את התוצאה מסעיף א כמצופה..a = 1 m/s עבור סעיף זה הצבנו ד. לאחר שהתעייף, החליט ר' לייעל את המערכת ולהוסיף גלגלת נוספת איור ). פתרו את שלושת הסעיפים לעיל עבור המערכת החדשה. כעת על האדם פועל מתיחות שנסמנה ב T 1 ואילו על המבנה פועלת מתיחות מחוט אחר ולכן נסמנה T. אם לא מדובר באותו חוט, לא ניתן להניח כי יש להם את אותה המתיחות! F M, tot = T 1 + N Mg = Ma F m, tot = T N mg = ma אולם כעת יש לנו 3 נעלמים ) 1 T T, ו N ) אבל רק משוואות. כלומר, נזדקק לעוד משוואה 6

כדי לפתור. נוכל לכתוב משוואת כוחות על הגלגלת "המרחפת". כאשר חוט יורד/עולה, כך גם היא ולכן הוא מבצע את אותה תנועה כמו האדם והמבנה, אולם הגלגלת חסרת מסה בשאלה ולכן: T 1 + T 1 T = 0 a T = T 1 כעת נוכל להציב את T במשוואת הכוחות על המבנה ועם אלגברה מתאימה נקבל: T 1 + N Mg = Ma T 1 N mg = ma 3T 1 M + m) g = M + m) a T 1 = M + m) g + a) = 3 3 M + m) g + a) = 3 T = 373.3 N קיבלנו שכעת במערכת החדשה האדם צריך להפעיל כח פי /3 מאשר במערכת הקודמת. כלומר עליו להפעיל פחות כח כדי לקבל את אותה התוצאה. נחשב כעת את N במערכת החדשה. לשם כך נכפול את משוואה ראשונה ב ונחסר את המשוואות לקבלת: T 1 + N Mg = Ma T 1 N mg = ma 3N = M g + a) m g + a) N = 1 M m) g + a) = 31 N 3 שימו לב שקיבלנו ערך נורמל יותר קטן מאשר במערכת הקודמת. 7