Lendület, lendületmegmaradás

Átírás

1 Lendület, lendületmegmaradás Ugyanakkora sebességgel mozgó test, tárgy nagyobb erőhatást fejt ki ütközéskor, és csak nagyobb erővel fékezhető, ha nagyobb a tömege. A tömeg és a sebesség együtt jellemezheti a test mozgásállapotát vagy erőt kifejtő képességét: Lendület = tömeg sebesség (lendület másik neve: impulzus) A lendület jele: I (nagy i), mértékegysége: kg m/s I = m v Mivel a sebesség vektormennyiség, a lendület is. Newton II. törvénye leírható a lendületváltozással is: Képlet levezetése :F=m a = m Δv/Δt = ΔI/Δt A testre ható erők eredője egyenlő az 1 s alatt létrehozott lendületváltozással. Az eredő erő a test, tárgy lendületváltozását okozza. Lendületmegmaradás törvénye: Zárt rendszerben a testek, tárgyak kölcsönhatásakor a lendületeik úgy változnak meg, hogy az előjeles összegük állandó marad.

2 Másképp: Zárt rendszerben a tárgyak, testek lendületei úgy változnak, hogy a lendületváltozások összege 0. Két test esetén: Amennyivel az egyiknek változik a lendülete, ugyanannyival, ellentétes irányban változik a másiknak a lendülete. Ugyanakkora lendületváltozásnál a nagyobb tömegű tárgynak kisebb a sebesség-változása. Példák: puska visszalökődik ha a lövedék kirepül, ha csónakból kilép valaki, a csónak ellenkező irányba indul Rakéta elv: Az egyik irányba kirepül az elégett üzemanyag, a másik irányba indul a rakéta.

3 Sűrűség A különböző anyagokban a részecskék tömege különböző, és ezek a részecskék a különböző anyagokban ritkábban, vagy sűrűbben helyezkednek el. Az anyagoknak ezt a tulajdonságát úgy nevezzük, hogy az anyagok sűrűsége különböző. - Egyenlő térfogatú estek közül annak nagyobb a sűrűsége, amelyiknek nagyobb a tömege. - Egyenlő tömegű testek közül annak a nagyobb a sűrűsége, amelyiknek kisebb térfogata. A sűrűség a tömeg és a térfogat hányadosa: Jele: (ró, görög betű) SI mértékegysége: Egyéb mértékegység: A víz sűrűsége 1 g/cm 3 = 1000 kg/m 3 Több anyagot tartalmazó tárgyaknál (ötvözet, oldat,...) a tárgy átlagsűrűsége = összes tömeg / összes térfogat

4 Azok a folyadékban levő testek, tárgyak, amelyeknek az átlagsűrűsége kisebb a folyadéknál, úsznak a folyadék felszínén (pl. a vízben a fa, jég, műanyag), amelyeknek nagyobb, azok belesüllyednek (pl. a vízben a vas, más fémek, kő, üveg,..) Gázokban, levegőben levő tárgyaknál is a kisebb átlagsűrűségű tárgy felszáll, a nagyobb sűrűségű lesüllyed. (pl. léghajó, hőlégballon)

5 Centripetális erő Ahhoz, hogy egy test, tárgy körpályán mozogjon olyan erőnek kell rá hatnia, amelyik a kör középpontjába mutat. Ez az erő a körmozgás centripetális gyorsulásával egyenesen arányos. Ez az erő: centripetális erő jele: Fcp Newton II. törvénye értelmében: (v a körpályán mozgó tárgy sebessége, r a kör sugara) Ha egy bolygó körül kering egy műhold vagy űrhajó vagy hold, akkor a körpályához szükséges centripetális erőt a gravitációs erő biztosítja. Ez a bolygó felszínén, vagy a felszínéhez közel: F g = m g (g a bolygón a gravitációs gyorsulás, a Földön 9,81 m/s 2, kerekítve 10 m/s 2 ) Tehát ez esetben: F g = F cp és g = a cp (Más bolygókon más a gravitációs gyorsulás, a gravitációs erő, és így a bolygó körül körpályán mozgó műhold sebessége is más.)

6 Azt a sebességet, amikor a műhold vagy űrhajó a bolygó körül éppen körpályán kering, I. kozmikus sebességnek hívjuk. A Földön ez az érték kb. 8 km/s. Ha ennél kisebb sebességgel halad, akkor belezuhan a bolygóba, ha nagyobbal, akkor ellipszis pályán kering, vagy ha eléri a II. kozmikus sebességet (szökési sebességet, akkor elhagyja a bolygót. A bolygómozgás törvényeit Kepler fedezte fel: Kepler I. törvénye: A bolygók a Nap körül ellipszis pályán keringenek, amelynek az egyik gyújtópontjában a Nap áll.

7 Kepler II. törvénye: A bolygó vezérsugara (A Nap és a bolygót összekötő szakasz) (a képen r ), azonos idők alatt azonos területeket súrol. Ez azt jelenti, hogy a bolygó a Naphoz közelebb gyorsabban, a Naptól távolabb lassabban halad. Kepler III. törvénye: A bolygók keringési idejének négyzetei úgy aránylanak egymáshoz, mint az ellipszis pályájuk félnagytengelyének (vagy egyszerűbben a Naptól való átlagos távolságuknak) a köbei. A Naprendszer bolygói méretarányosan:

8 Forgatónyomaték, egyensúlyi állapotok Az erőnek forgató hatása van. Nagyobb a forgatóhatás, ha nagyobb az erő, vagy nagyobb az erő és a forgástengely közti távolság. A forgató hatás mértéke: forgatónyomaték, jele: M Az erő és a forgástengely távolsága: erőkar, jele: k forgatónyomaték = erő erőkar M = F k A forgatónyomaték mértékegysége: Nm (newton-méter) Nagyobb erőkarral nagyobb forgató hatás, forgatónyomaték fejthető ki. Ezt használják fel arra, hogy nagy forgatóhatást fejtsenek ki kis erővel. Példák: csavarkulcs, olló, csípőfogó, talicska, emelő,... Egyensúly feltételei: Egy kiterjedt (nem pontszerű) tárgy egyensúlyának 2 feltétele: 1. - A testre, tárgyra ható forgatónyomatékok kiegyenlítik egymást (előjeles összegük 0), vagyis az egyik irányba forgató forgatónyomatékok összege egyenlő a másik irányba forgató forgatónyomatékok összegével.

9 2. - A testre, tárgyra ható erők kiegyenlítik egymást (előjeles összegük 0). Párhuzamos hatásvonalú erők esetén az egyik irányba ható erők összege egyenlő a másik irányba ható erők összegével. Például: Mérleg vagy hinta Ha mindkét oldalán 1 súly van, akkor M 1 =M 2, F 1 k 1 =F 2 k 2 Ha több súly van 1 oldalon, akkor az azonos irányba forgató forgatónyomatékokat össze kell adni. Példák a forgatónyomaték és az erőkar növelésének felhasználására: csavarkulcs, fogaskerék, daru, emelő, olló, mérleg, emelőcsiga, hengeres kút (lásd ábra), csípőfogó, talicska,...

10 Tömegközéppont, súlypont A testnek, tárgynak az a tömegközéppontja, súlypontja, ahol felfüggesztve vagy alátámasztva a test, tárgy egyensúlyban marad (nem fordul el). Egyensúlyi helyzetek A testek, tárgyak mozgásuk, forgások során olyan helyzet elérésére törekszenek, ahol a súlypontjuk alacsonyabbra kerül. Ennek oka, hogy a test, tárgy minden pontjára hat a gravitációs erő, ami a Föld középpontja felé mutat. Pl. hegyről leguruló labda, tojás eldőlése az oldalára, eldőlő oszlop Biztos (stabil) egyensúlyi helyzet: A testet, tárgyat kimozdítva egyensúlyi helyzetéből a súlypontja magasabban lesz, ezért törekszik visszatérni az egyensúlyi helyzetbe. Pl. labda gödörben, felakasztott láda, rugó,... Bizonytalan (labilis) egyensúlyi helyzet: A testet, tárgyat kimozdítva egyensúlyi helyzetéből a súlypontja alacsonyabban lesz, ezért nem törekszik visszatérni az egyensúlyi helyzetbe. Pl. labda domb tetején, alul alátámasztott láda,...

11 Közömbös egyensúlyi helyzet: A testet, tárgyat kimozdítva egyensúlyi helyzetéből a súlypontjának magassága nem változik. Alátámasztás: Egy test, tárgy akkor marad álló helyzetben, ha a súlypontja az alátámasztási felülete felett van. Ha a súlypontja kívül esik az alátámasztáson, akkor a tárgy felbillen.