Apua fysiikan tehtävään!

  • Keskustelun aloittaja Keskustelun aloittaja Hippa
  • Aloitettu Aloitettu
Brynjard sanoi:
Entäs sitten ilmanvastus? Sehän riippuu kappaleen pinta-alasta ja ihmisten ollessa kyseessä erot eivät siinä taida olla kovin merkittäviä. Massaerot puolestaan voivat olla kymmeniä kiloja eli eri henkilöihin kohdistuvassa painovoimassa voi olla eroa satoja newtoneita. Ilmanvastuksen kannalta siis painavammalla henkilöllä voisi ajatella olevan etua kevyempään nähden. Minkäs kokoisia muuten ovat huipputason nopeuslaskijat? (Vai harrastetaanko lajia enää missään? )

Näinhän sen saattaisi olettaa menevän. Eikös ainakin mäkihypyssä parhaat vauhdit ole juurikin niillä kookkaimmilla kavereilla? Vai muistanko väärin?

Weeboom sanoi:
btw. Mistäs Gradientti terminsä on oppinut? (Nick kyllä kertoo että varmaan alaa opiskelet)

Olettaisin termien olevan tuttuja jokaiselle tribologian perusteisiin perehtyneelle. Itse olen enemmän kiinnostunut sovelletusta mekaniikasta.
 
10% ALENNUS KOODILLA PAKKOTOISTO
Mietin tuossa yksi päivä sellaista, että eikös tuo painovoima johdu maapallosta ja sen suuresta massasta, joka vetää kaikkia ympäröiviä kappaleita kohti keskipistettä eli maapallon ydintä???
Noh, entä jos maapallolla ei olisi sellaista ydintä kun on vaan voitaisiin porata reikä läpi koko pallon. Ilmeisesti sitten jos sinne pudottaisi kiven se putoaisi keskustaan asti ja jäisi sinne ja vastakkaiselta puolelta maapalloa pudotettu kivi tekisi samoin?
Mites jos tuonne maapallon keskustaan koverrettaisiin vaikkapa 1000 kuutiometrin tyhjä tila. Jäisikö tuonne pudotettut kivet "kellumaan" tämän tyhjäksi koverretun tilan keskelle, jos ei niin minne ne menisivät???
 
Joskus erehdyn pitämään itseäni ihan kohtuu fiksuna ihmisenä. Luin tuossa sitten muiden viestit läpi ja tulin siihen tulokseen, että erehdyksestä oppii.
Enhän minä ymmärrä hevon persetttä noista laskuista! Ainoa laskuosuus, minkä tajusin, oli se mäenlasku.
Ei ihme, ettei tullut silloin aikoinaan lukiossa otettu pitkää matematiikkaa.
 
jumiukko sanoi:
Mietin tuossa yksi päivä...
Pudotettu kivi painelisi lähes toiselle puolelle maapalloa asti, kääntyisi takaisin ja tulisi taas lähes lähtöpisteeseen, mutta jäisi taas hieman kauemmaksi pudotuskohdasta kuin toisella puolellla. Tätä jatkuisi käsittääkseni hyvin pitkään kunnes kivi jäisi loppujen lopuksi keskustaan. Näin siksi, että vastusvoimat ovat hyvin vähäisiä verrattuna painovoimaan tällaisessa tilanteessa.
 
jumiukko sanoi:
Mites jos tuonne maapallon keskustaan koverrettaisiin vaikkapa 1000 kuutiometrin tyhjä tila. Jäisikö tuonne pudotettut kivet "kellumaan" tämän tyhjäksi koverretun tilan keskelle, jos ei niin minne ne menisivät???

Kun kivi pudotettaisiin, kävisi kuten tuossa Pesupallon vastauksessa. Lopulta kun kivi sitten joskus pysähtyisi (teoriassa se ei kyllä ikinä pysähtyisi kokonaan :eek: ) jäisi se juurikin siihen keskustaan kellumaan. Tämä siis sillä oletuksella että maapallo olisi akselinsa suhteen symmetrinen eli keskustasta katsottuna vastakkaisilla puolilla on aina yhtä paljon massaa, jolloin painovoiman resultantti on nollavektori.
 
juurikin siihen keskustaan kellumaan.
Keskustaan tulee labiili tasapainotila, ei stabiili. Ideaalimallissa keskikohtaan asetettu kappale voisi pysyä siinä, mutta jo lämpöliikkeestä se voisi singota pois paikaltaan. Massahan sen gravitaation tässä aiheuttaa, eli kun tehdään iso kolo, se tasapainokohta siirtyykin ympyräradaksi, sillä gravitaatio on kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön, eikä vastakkaisilta puolilta aiheutuvat voimat siis ole yhtä suuria koko kolon sisällä. Potentiaalin nollakohta ei siis enää olekaan keskellä, vaan ilmeisesti kolon reunoilla. Vai mitä sanoo viisaammat?
 
Hitto että matikka unohtuu helposti. Olin ensilukemalta tuosta tehtävästä ihan pihalla, vaikka kirjoituksista on vasta 14 vuotta.

Gradientti sanoi:
Näinhän sen saattaisi olettaa menevän. Eikös ainakin mäkihypyssä parhaat vauhdit ole juurikin niillä kookkaimmilla kavereilla? Vai muistanko väärin?
Tähän sopii analogiana tapaus, jossa samanpainoisia mutta eri kokoisia palloja tiputetaan, kukas niitä aikoinaan droppaili Pisan kaltevasta tornista? Rautapallo tippuu nopeammin kuin esim kivipallo ilmanvastuksesta johtuen.

Lisäpistekysymys: miksi leveät renkaat pitävät paremmin kuin kapeat? :david:
 
nevahood sanoi:
Keskustaan tulee labiili tasapainotila, ei stabiili. Ideaalimallissa keskikohtaan asetettu kappale voisi pysyä siinä, mutta jo lämpöliikkeestä se voisi singota pois paikaltaan.
Kyllä se on juurikin stabiili (=potentiaalin nollakohta). Lämpöliikkeen vaikutus makromaailmassa on häviävän pieni ja nämä voimat ovat joka tapauksessa täysin satunnaisia jokaiseen suuntaan, joten ei se kappale siitä mihinkään liikkuisi.
Potentiaalin nollakohta ei siis enää olekaan keskellä, vaan ilmeisesti kolon reunoilla. Vai mitä sanoo viisaammat?
Potentiaali on vakio pallokuoren sisällä, eli kappale voi todellakin leijua siellä vapaasti ympäriinsä.
 
Keila sanoi:
Kun kivi pudotettaisiin, kävisi kuten tuossa Pesupallon vastauksessa. Lopulta kun kivi sitten joskus pysähtyisi (teoriassa se ei kyllä ikinä pysähtyisi kokonaan :eek: ) jäisi se juurikin siihen keskustaan kellumaan. Tämä siis sillä oletuksella että maapallo olisi akselinsa suhteen symmetrinen eli keskustasta katsottuna vastakkaisilla puolilla on aina yhtä paljon massaa, jolloin painovoiman resultantti on nollavektori.

Itse asiassa "keskustan" määritelmä on maapallon massakeskipiste, jolloin symmetriasyistä läpi pudotettu kappale jäisi joka tapauksessa oskilloimaan tietyllä amplitudilla tasapainotilan ympärille riippumatta maapallon muodosta. Ja jos pysähtymisestä voidaan puhua tässä epäabsoluuttisessa koordinaatistossa, niin kyllä, kappale todella lopulta pysähtyisi (maapallon keskipisteen suhteen asetetussa koordinaatistossa), mikä on helppo osoittaa olettaen vaimeneva harmoninen oskillaattori (oikeastaan tämä on myös helppo osoittaa, joten sitä ei tarvitse olettaa). Vaimeneminen on siis seurasta törmäyksistä ilmakehän molekyyleihin.
 
nevahood sanoi:
Potentiaalin nollakohta ei siis enää olekaan keskellä, vaan ilmeisesti kolon reunoilla. Vai mitä sanoo viisaammat?

Niin joo, tuo ympyrärata käy kyllä ihan järkeenkin. Mutta onko tuossa otettu huomioon, että kun kappale poikkeutetaan tasapainoasemasta, niin poikkeutuksen vastakkaiseen suuntaan jää yhteensä enemmän massaa kuin poikkeutuksen suuntaan? Eli kumpi voima lopulta on suurempi: poikkeutuksen suuntaan oleva johtuen pienemmästä etäisyydestä vai vastakkaiseen suuntaan oleva johtuen suuremmasta massasta?

Entä jos koloa aletaan suurentamaan? Siirtyykö tasapainopiste aina sen mukana? Entä jos kolon koko läheneekin maapallon kokoa, jolloin maan kuori olisi enää ohut kerros? Missäs tällöin olisi tasapainotila?

Edit.

Jansku sanoi:
Potentiaali on vakio pallokuoren sisällä, eli kappale voi todellakin leijua siellä vapaasti ympäriinsä.

Jahas, tässähän tulikin jo vastaus.
 
Keila sanoi:
Entä jos kolon koko läheneekin maapallon kokoa, jolloin maan kuori olisi enää ohut kerros? Missäs tällöin olisi tasapainotila?
Kuten sanoin, potentiaali on pallokuoren sisällä vakio, joten jokainen piste on myös tavallaan tasapainopiste. Koska tämä pätee ohuelle kuorelle, niin se luonnollisesti pätee myös paksulle kuorelle.

E: Jahas, editoitkin edellistä vastaustasi, joten tämä on näin ollen tarpeeton :)
 
toostep sanoi:
Itse asiassa "keskustan" määritelmä on maapallon massakeskipiste, jolloin symmetriasyistä läpi pudotettu kappale jäisi joka tapauksessa oskilloimaan tietyllä amplitudilla tasapainotilan ympärille riippumatta maapallon muodosta.

Niin muuten jäisikin kun tarkemmin miettii...

toostep sanoi:
Ja jos pysähtymisestä voidaan puhua tässä epäabsoluuttisessa koordinaatistossa, niin kyllä, kappale todella lopulta pysähtyisi (maapallon keskipisteen suhteen asetetussa koordinaatistossa), mikä on helppo osoittaa olettaen vaimeneva harmoninen oskillaattori (oikeastaan tämä on myös helppo osoittaa, joten sitä ei tarvitse olettaa). Vaimeneminen on siis seurasta törmäyksistä ilmakehän molekyyleihin.

Kyseessähän olisi alivaimennettu harmoninen oskillaattori, jonka värähtely vaimenisi hitaasti. Käytännössä kyllä pysähtyisi joskus, mutta teoriassa tuolle ei käsittääkseni voi määrittää kohtaa jossa se kokonaan pysähtyy. Voin olla (lue: todennäköisesti olen) väärässäkin...
 
Ainakin Don Rosan Matka Maan keskipisteeseen -tarinassa se Musta surma(tm) EI jäänyt aivan paikalleen keskipisteeseen, vaan oli kuvattu tärisevänä klönttinä. Veljenpojat, Aku ja Roope jäivätkin sitten oskilloimaan harmonisesti siihen ympärille. Jousivakiosta ei mitään hajua. Tähän liittyvä kysymys: Onko maapallon keskipisteessä leijuttaessa mahdollista tehdä väistöliikkeitä ts. liikkua, jos oskilloit painopisteen välittömässä läheisyydessä? Nämä ankat räpiköivät ja muuttivat asentojaan ja tietysti samalla omaa painopistettään. Jos oikeaan aikaan liikutat omaa painopistettäsi kehossasi amplitudin ja tasapainoaseman välillä, gravitaatiovoima vaikuttaa abrasiivisista termeistä riippumatta eri kohtaan kehoasi, mikä näin ollen saa aikaan absoluuttisen kyntökiihtyvyyden ja kun vielä otetaan huomioon Roope-sedän punaisen nutun pinnankarheushuippujen vaikutus adhesiiviseen höyhenpeitteeseen sekä tästä syntyvän lämpöliikkeen termisen muutoksen additiivinen vaikutus lineaarisessa x,y,z-koordinaatistossa, saadaan liikeradaksi pyöreä paraabeli, mutta ei kuitenkaan pallo, mikä muuttaa pintapainetta juuri sen verran, että ankkojen keskenäinen vetovoima lienee muuttunut molekyylien pintapaineesta johtuvien tiheyserojen muutoksen takia, mikä tarkoittaa ettei kyseessä ole MAOL-ilmaa! WTF! ELI KUINKA VITUSSA MÄ LASKEN TON JOS EN VOI KATTOO MAOLISTA, MITÄ TOSSA ILMASSA ON!?
 
Keila sanoi:
Niin muuten jäisikin kun tarkemmin miettii...



Kyseessähän olisi alivaimennettu harmoninen oskillaattori, jonka värähtely vaimenisi hitaasti. Käytännössä kyllä pysähtyisi joskus, mutta teoriassa tuolle ei käsittääkseni voi määrittää kohtaa jossa se kokonaan pysähtyy. Voin olla (lue: todennäköisesti olen) väärässäkin...

Joo. Siinä olet tosiaan oikeassa, että tämä pysähdyskohta on teoreettisesti ajallisesti äärettömyydessä. Tietysti kun on mahdotonta puhua pysähtymisestä reaalimaailmassa edes epätarkkuusperiaatteen vuoksi, voidaan sanoa kappaleen pysähtyneen, kun sen oskillaatiota ei enää voida havaita mittalaittein. Teoriassa amplitudi on aikavakion (riippuu vastuskertoimesta, eli kappaleen muodosta jne.) kuluttua 1/e alkuperäisestä amplitudista ja tästä jo nähdään, että aikaa täytyy kulua äärettömästi, jotta amplitudi menee todella nollaan. Eli my mistake.
 
rintafile sanoi:
Ainakin Don Rosan Matka Maan keskipisteeseen -tarinassa se Musta surma(tm) EI jäänyt aivan paikalleen keskipisteeseen, vaan oli kuvattu tärisevänä klönttinä. Veljenpojat, Aku ja Roope jäivätkin sitten oskilloimaan harmonisesti siihen ympärille. Jousivakiosta ei mitään hajua. Tähän liittyvä kysymys: Onko maapallon keskipisteessä leijuttaessa mahdollista tehdä väistöliikkeitä ts. liikkua, jos oskilloit painopisteen välittömässä läheisyydessä? Nämä ankat räpiköivät ja muuttivat asentojaan ja tietysti samalla omaa painopistettään. Jos oikeaan aikaan liikutat omaa painopistettäsi kehossasi amplitudin ja tasapainoaseman välillä, gravitaatiovoima vaikuttaa abrasiivisista termeistä riippumatta eri kohtaan kehoasi, mikä näin ollen saa aikaan absoluuttisen kyntökiihtyvyyden ja kun vielä otetaan huomioon Roope-sedän punaisen nutun pinnankarheushuippujen vaikutus adhesiiviseen höyhenpeitteeseen sekä tästä syntyvän lämpöliikkeen termisen muutoksen additiivinen vaikutus lineaarisessa x,y,z-koordinaatistossa, saadaan liikeradaksi pyöreä paraabeli, mutta ei kuitenkaan pallo, mikä muuttaa pintapainetta juuri sen verran, että ankkojen keskenäinen vetovoima lienee muuttunut molekyylien pintapaineesta johtuvien tiheyserojen muutoksen takia, mikä tarkoittaa ettei kyseessä ole MAOL-ilmaa! WTF! ELI KUINKA VITUSSA MÄ LASKEN TON JOS EN VOI KATTOO MAOLISTA, MITÄ TOSSA ILMASSA ON!?


Tietysti on voimassa energian säilymisen laki

Epot1 + Ekin2 + W = Epot2 + Ekin2 ja ratkaisun avainhan piilee nimenomaan tässä.

eli mille tahansa massalle mgh1 + 1/2mv1^2 + W = mgh2 + 1/2mv2^2

Valitaan vaikkapa mäen alla sijaitseva oletettu tasapotentiaalipinta nollapotentiaaliksi.
Tällöin:

Epot1>0, Ekin1=0, Epot2=0 ja Ekin2>0

Ja näistä seuraa Epot1 + W = Ekin2

mgh1 + W = 1/2mv^2 kaikille massoille. Tästä nähdään, että energiariippuvuus on
massan suhteen lineaarista, eivätkä massat siten vaikuta loppunopeuteen.

gh1 + w = 1/2v^2 > v = neliöjuuri(2gh1 + 2W)

Joten jos kitkan ja ilmanvastukse tekemää työtä ei oteta huomioon redusoituu tulos
muotoon v = neliöjuuri(2gh1) kaikille massoille.

Kitkavoima on kitkakerroin kertaa tason normaalivoima, eli gravitaatiovoiman
pinnan tangentin normaalin suuntaan kohdistama voima. Tässäkin on sellainen lineaarinen
riippuvuus, että kaikille massoille kitkavoiman tekemän työn suhde kokonaisenergiaan on vakio.
Joten tämä siis vaikuttaa loppunopeuksiin, mutta kaikissa tapauksissa samalla tavoin.

Kuitenkin ilmanvastus on luonteeltaan sellainen, että se ei ole riippuvainen kappaleen
massasta, vaan kappaleen vastuskertoimesta, joka on kahdella laskijalla kutakuinkin sama.

On huomattavaa, että W= F.S, vektoreita ja . on pistetulo. Ja ilmanvastusvoima, joka
on muotos Film = -Bv, eli se on nopeudesta riippuvainen ja suunta no nopeuden suuntaa vastaa.
Tästä pistetulon määritelmä nojalla F.s = |F||S|cos (F,s), jossa F:n ja siirtymän s
välinen kulma 180 astetta > cos 180 = -1 joten F.s < 0 ja kummallakin laskijalla lähes vakio.
Tietysti on todettava, että raskaampi laskija tämän mukaan saavuttaa suuremman loppunopeuden,
joten hänen ilmanvastusvoimansakin on lopussa suurempi, mutta tästä huolimatta raja-arvona
raskaamman henkilön teoreettinen (ja käytännössä myös) loppunopeus on kevyempää suurempi.

Analoginen tilanne on esim, jos pudotat vaikkapa samankokoiset teräkuulan ja pesäpallon lentokoneesta.
Teräskuulan saavuttaman loppunopeus on huomattavasti suurempi juuri edellämainituista syistä.


Tais tulla aika harvinaisen paska esitys, mutta en taida jaksaa panostaa tämän enempää.
 
rintafile sanoi:
Ainakin Don Rosan Matka Maan keskipisteeseen -tarinassa se Musta surma(tm) EI jäänyt aivan paikalleen keskipisteeseen, vaan oli kuvattu tärisevänä klönttinä.
Höpö höpö. Sen aineen nimi oli Kertalaaki(tm) :)
 
toostep sanoi:
Tietysti on todettava, että raskaampi laskija tämän mukaan saavuttaa suuremman loppunopeuden

Öööh... siis minkä mukaan, jos kitkojen tekemät työt ovat samat olettaen kitkakertoimet samoiksi? Johtuuko se nyt lopulta ainoastaan eri kitkakertoimista laskijoilla? Itse kun en noista kitkakertoimien ominaisuuksista tiedä kovin paljoa...
 
Keila sanoi:
Öööh... siis minkä mukaan, jos kitkojen tekemät työt ovat samat olettaen kitkakertoimet samoiksi? Johtuuko se nyt lopulta ainoastaan eri kitkakertoimista laskijoilla? Itse kun en noista kitkakertoimien ominaisuuksista tiedä kovin paljoa...

Kitkojen (kosketuskitkat pinnan kanssa) tekemät työt ovat erisuuret, mutta samassa suhteessa kokonaisenergioihin > sama loppunopeus.

Kuitenkin jos ilmanvastus huomioidaan, sen tekemä työ on samansuuruinen, eikä riipu laskijan painosta. Näin ollen ilmanvastuksen tekemä työ suhteessa
laskijoiden kokonaisenergiaan on suuremman laskijan tapauksessa merkityksettömämpi, joten suurempi laskija saavuttaa suuremman loppunopeuden.
 
toostep sanoi:
Kitkojen (kosketuskitkat pinnan kanssa) tekemät työt ovat erisuuret, mutta samassa suhteessa kokonaisenergioihin > sama loppunopeus.

Kuitenkin jos ilmanvastus huomioidaan, sen tekemä työ on samansuuruinen, eikä riipu laskijan painosta. Näin ollen ilmanvastuksen tekemä työ suhteessa
laskijoiden kokonaisenergiaan on suuremman laskijan tapauksessa merkityksettömämpi, joten suurempi laskija saavuttaa suuremman loppunopeuden.

Aivan joo, nyt sen tajusin itsekin kun pyörittelin hetken tuota energia-yhtälöä :) Mitenköhän ei ole ikinä tullut ajatelleeksi asiaa noin...
 

Latest posts

Suositut

Back
Ylös Bottom