Mechanika (FBL101E-1) Fizika tanári minor_l + Fizika BSc_L 20+10 óra



Hasonló dokumentumok
rnök k informatikusoknak 1. FBNxE-1 Klasszikus mechanika

rnök k informatikusoknak 1. FBNxE-1 Információk

A klasszikus mechanika alapjai

Mérés szerepe a mérnöki tudományokban Mértékegységrendszerek. Dr. Berta Miklós Fizika és Kémia Tanszék Széchenyi István Egyetem

Mechanika. Kinematika

Speciális mozgásfajták

Az SI mértékegységrendszer

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

Osztályozó, javító vizsga 9. évfolyam gimnázium. Írásbeli vizsgarész ELSŐ RÉSZ

Nemzetközi Mértékegységrendszer

Kinematika szeptember Vonatkoztatási rendszerek, koordinátarendszerek

A NEMZETKÖZI MÉRTÉKEGYSÉG-RENDSZER (AZ SI)

Mechanika Kinematika. - Kinematikára: a testek mozgását tanulmányozza anélkül, hogy figyelembe venné a kiváltó

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

KÖRMOZGÁS, REZGŐMOZGÁS, FORGÓMOZGÁS

Mozgástan (kinematika)

0. Teszt megoldás, matek, statika / kinematika

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

Testek mozgása. Készítette: Kós Réka

MÉRÉSTECHNIKA. Mérés története I. Mérés története III. Mérés története II. A mérésügy jogi szabályozása Magyarországon. A mérés szerepe a mai világban

A test tömegének és sebességének szorzatát nevezzük impulzusnak, lendületnek, mozgásmennyiségnek.

A mechanikai alaptörvények ismerete

Mérnöki alapok 1. előadás

A mechanika alapjai. A pontszerű testek kinematikája. Horváth András SZE, Fizika és Kémia Tsz szeptember 29.

Tartalom. Fizika 1,

Haladó mozgások A hely és a mozgás viszonylagos. A testek helyét, mozgását valamilyen vonatkoztatási ponthoz, vonatkoztatási rendszerhez képest adjuk

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

Pálya : Az a vonal, amelyen a mozgó test végighalad. Út: A pályának az a része, amelyet adott idő alatt a mozgó tárgy megtesz.

Egy mozgástani feladat

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika ZH, október 10.. CHFMAX. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

Mértékrendszerek, az SI, a legfontosabb származtatott mennyiségek és egységeik


Képlet levezetése :F=m a = m Δv/Δt = ΔI/Δt

Az SI mértékegység rendszer


Mechanika I-II. Példatár

Newton törvények és a gravitációs kölcsönhatás (Vázlat)

Tartalom Fogalmak Törvények Képletek Lexikon

Dinamika. A dinamika feladata a test(ek) gyorsulását okozó erők matematikai leírása.

1. gyakorlat. Egyenletes és egyenletesen változó mozgás. 1. példa

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK február 13.

Hegyi Ádám István ELTE, április 25.

Fizika mérnököknek I. levelező tagozat

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

Tömegvonzás, bolygómozgás

Periódikus mozgás, körmozgás, bolygók mozgása, Newton törvények

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

Komplex természettudomány 3.

Pálya : Az a vonal, amelyen a mozgó tárgy, test végighalad. Út: A pályának az a része, amelyet adott idő alatt a mozgó tárgy megtesz.

Kinematika. A mozgás matematikai leírása, a mozgást kiváltó ok feltárása nélkül.

EGYENES VONALÚ MOZGÁSOK KINEMATIKAI ÉS DINAMIKAI LEÍRÁSA

Vizsgatémakörök fizikából A vizsga minden esetben két részből áll: Írásbeli feladatsor (70%) Szóbeli felelet (30%)

A FIZIKA MÓDSZEREI. Fáról leesı alma zuhanás. Kísérletes természettudomány: a megfigyelt jelenségek leírása és értelmezése

Általános Géptan I. SI mértékegységek és jelölésük

1. SI mértékegységrendszer

Rezgés tesztek. 8. Egy rugó által létrehozott harmonikus rezgés esetén melyik állítás nem igaz?

Pálya : Az a vonal, amelyen a mozgó test végighalad. Út: A pályának az a része, amelyet adott idő alatt a mozgó tárgy megtesz.

Tárgymutató. dinamika, 5 dinamikai rendszer, 4 végtelen sok állapotú, dinamikai törvény, 5 dinamikai törvények, 12 divergencia,

Mágneses mező jellemzése

1. ábra. 24B-19 feladat

Hely, idő, haladó mozgások (sebesség, gyorsulás)

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

Osztályozó vizsga anyagok. Fizika

A mechanika alapjai. A pontszerű testek dinamikája

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

A +Q töltés egy L hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld ábra ábra

1991. évi XLV. törvény. a mérésügyrıl, egységes szerkezetben a végrehajtásáról szóló 127/1991. (X. 9.) Korm. rendelettel. I.

Gépészmérnöki alapszak Mérnöki fizika ZH NÉV: október 18. Neptun kód:...

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

Mérnöki alapok 2. előadás

Mechanika, dinamika. p = m = F t vagy. m t

Elméleti kérdések és válaszok

Irányításelmélet és technika I.

Nehézségi gyorsulás mérése megfordítható ingával

Időben állandó mágneses mező jellemzése

Gyakorlat 30B-14. a F L = e E + ( e)v B képlet, a gravitációs erőt a (2.1) G = m e g (2.2)

Mágneses mező jellemzése

MÉRÉSTECHNIKA. BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Fazekas Miklós (1) márc. 1

Fizika 1X, pótzh (2010/11 őszi félév) Teszt

Fizika segédanyag mozgástan Mi a fizika?

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

A mérés célkitűzései: A matematikai inga lengésidejének kísérleti vizsgálata, a nehézségi gyorsulás meghatározása.

Q 1 D Q 2 (D x) 2 (1.1)

Rezgőmozgás, lengőmozgás

V e r s e n y f e l h í v á s

A gravitációs gyorsulás meghatározására irányuló. célkitűzései:

Fizika példák a döntőben

1. Prefix jelentések. 2. Mi alapján definiáljuk az 1 másodpercet? 3. Mi alapján definiáljuk az 1 métert? 4. Mi a tömegegység definíciója?

ÁLTALÁNOS JÁRMŰGÉPTAN

2014/2015. tavaszi félév

Matematika III előadás

DR. DEMÉNY ANDRÁS-I)R. EROSTYÁK JÁNOS- DR. SZABÓ GÁBOR-DR. TRÓCSÁNYI ZOLTÁN FIZIKA I. Klasszikus mechanika NEMZETI TANKÖNYVKIADÓ, BUDAPEST

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

Tér, idő, hely, mozgás (sebesség, gyorsulás)

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

2.3 Newton törvények, mozgás lejtőn, pontrendszerek

Átírás:

Mechanika (FBL11E-1) Fizika tanári minor_l + Fizika BSc_L +1 óra Előadó: Dr. Geretovszky Zsolt gero@physx.u-szeged.hu, 54-4659 Gyakorlatvezető: Dr. Horváth Zoltán z.horvath@physx.u-szeged.hu, 54-458 http://titan.physx.u-szeged.hu/~opthome/optics/indexh.html Oktatás/Kurzusok menüpont Előadás 1. szeptember 17. P: 1-16 1. október 1. P: 1-16 1. október 15. P: 1-16 1. november 5. P: 1-16 1. november 19. P: 14-18 óra/félév Fröhlich Pál tanterem Fröhlich Pál tanterem Fröhlich Pál tanterem Fröhlich Pál tanterem Fröhlich Pál tanterem Gyakorlat 1. november 19. P: 1-14 1 óra/félév Fröhlich Pál tanterem Fröhlich Pál tanterem Fröhlich Pál tanterem Fröhlich Pál tanterem Fröhlich Pál tanterem ZH

A követelmények ismertetése. Információk A kurzus segédanyagai a http://opt.physx.u-szeged.hu/indexh.html internetcímen az Oktatás/Kurzusok link alatt találhatóak meg. Ajánlott irodalom a mechanika részhez: - Budó Ágoston: Kísérleti fizika I., Nemzeti Tankönyvkiadó (könyvtár, antikvár) - Erostyák János, Litz József: A fizika alapjai, Nemzeti Tankönyvkiadó, - Erostyák János, Litz József: Fizika I. Klasszikus mechanika, Nemzeti Tankönyvkiadó, 7 - Dialóg Campus Kiadó Általános Fizika sorozatának könyvei: Tasnádi Péter, Skrapits Lajos, Bérces György: Mechanika I. Tasnádi Péter, Bérces György, Skrapits Lajos, Litz József: Mechanika II. Hőtan A világhálón fellelhető anyagok legtöbbször NEM lektoráltak!! Követelmények A gyakorlaton való részvétel kötelező. A vizsgára bocsáthatóság feltétele a gyakorlat sikeres (legalább elégséges ()) teljesítése. A kollokvium írásbeli beugró dolgozatból és szóbeli vizsgából áll. A beugró dolgozat megírására 5 perc áll rendelkezésükre. A beugró kérdések 4 témakörből kerülnek ki. A beugró akkor sikeres, ha MINDEN (!!!) témakörből megszerezik az adható pontok legalább 5%-át. A beugró kérdéssora, valamint a tételsor a tanszéki honlapról letölthetőek: http://titan.physx.u-szeged.hu/~opthome/optics/indexh.html

A fizikai mennyiség x={x}[x] (számérték)(mértékegység) A mértékegység az azonos fajtájú mennyiségek halmazából kiválasztott vonatkoztatási mennyiségérték. Etalon: valamely mennyiség mértékegységét reprodukálható módon megtestesítő mérőeszköz. Koherens mértékegységrendszer: a mértékegységek zöme néhány definiált alapmennyiség egységeiből származtatható. Egy fizikai mennyiség definíciójával szemben támasztott a legfontosabb követelmény az, hogy egyértelműen megállapítható legyen belőle, hogy az illető mennyiséget hogyan kell mérni. Milyen a jój mértékegység? g? Elvileg a fizikai mennyiségekhez tetszőleges mértékegységet hozzárendelhetünk. Azonban a mértékegységeket célszerű úgy megválasztani, hogy segítségükkel a mindennapi élet tapasztalatai egyszerűen kifejezhetők legyenek. Továbbá az egységet időtálló módon rögzíteni a mértékegységeket lehetőleg természeti állandókra vagy jól reprodukálható jelenségekre kell alapítani, és a lehető legnagyobb körben egyezményesen elfogadtatni.

A mérés m és s hibája A mérés: a mérendő mennyiségnek az adott mennyiség egységével (etalonjával) történő összehasonlítása. Az abszolút hiba: x± x A relatív hiba: x/x A mértékegységek megválasztása (kellő mérési pontosság, időtállóság, kezdetben emberi lépték) Dimenzionális homogenitás A mértékegységredszer transzformációjával szembeni szimmetria. Az egyenletek ezen tulajdonságát a Fourier-feltétel rögzíti: Egy egyenletben szereplő minden tag dimenziójának azonosnak kell lennie. Az egyenletek felbonthatók külön a mérőszámok és külön a mértékegységek közötti kapcsolatokra. pl. az x 3 =ax 1 α1 x α egyenlet azt jelenti, hogy {x 3 }[x 3 ]={a}[a]{x 1 } α1 [x 1 ] α1 {x } α [x ] α, azaz egyszerre kell teljesüljön, hogy {x 3 }={a}{x 1 } α1 {x } α és [x 3 ]=[a][x 1 ] α1 [x ] α, azaz a mértékegységek egymástól nem függetlenek. A természettörvények objektívek, az őket leíró egyenletekben szereplő mennyiségek számértéke függ az etalon illetve a zéruspont megválasztásától, azaz szubjektív. Pl. F = ma egyenletben a fizikai mennyiségek közötti kapcsolat független a választott mértékegységtől. A mértékegységet csak akkor kell megadni, ha a képletben egy mértékegységgel rendelkező konstans is szerepel. Dimenzióanalízis Dimenzió nélküli kifejezések (sin (); e(); stb.)

Mértékrendszerek 1799. június az első tízes alapú mértékrendszer (Decimal Metric System); az első platina méter és kilogram etalonok elhelyezése a párizsi Archives de la Républiqueban. 183. Gauss megalkotja az első koherens mértékrendszert, melyben a kg-hoz és a m-hez hozzáveszi a csillagászatból vett másodpercet. Gauss meghatározza a Föld mágneses terének erősségét a milliméter, gramm and másodperc egységek segítségével. 186-as évek Maxwell és Thomson javasolja, hogy a koherens mértékrendszer álljon alap és származtatott mértékegységekből. 1874 bevezetik a CGS rendszert, mely három mechanikai egységen a centiméteren, a gramon és a másodpercen alapul és a prefixumok közül bevezetik a mikrotól a megáig terjedőket. 1875 május. Méter Konvenció, feladata az új méter és kilogram etalonok kidolgozása. 1889 életbe lép az MKS rendszer az új méter és kilogram standardokkal és a bevezetésre kerülő csillagászati másodperccel. 191 Giorgi bebizonyítja, hogy a mechanikai mértékegységekhez az ampert, vagy ohmot hozzáváve koherens 4 elemű mértékrendszer alkotható. 191 a Méter Konvenció felülvizsgálata. 1939 az MKSA rendszer bevezetése: a negyedik mértékegység az amper lesz. 1954 bevezetésre kerül a kelvin és a candela, mint a termodinamikai hőmérséklet és a fényerősség egységei. 196 A hat elemű mértékrendszer a Système International d Unités (SI) nevet kapja. 1971 az anyagmennyiség mértékegységének, a molnak a bevezetésével teljessé válik a jelenleg is érvényes 7 tagú SI mértékrendszer. http://physics.nist.gov/cuu/units/introduction.html Mars Polar Lander Spacecraft Dimensions 1.6 meters tall by 3.6 meters wide. Spacecraft Weight Total: 576 kg Propellant: 64 kg Mission Timeline 1993: Project started January 3, 1999: Launch December 3, 1999: LOST during landing Project Cost $11 million for spacecraft development, $1 million mission operations; total $1 million (not including launch vehicle or Deep Space microprobes).

Az SI alap mértm rtékegységeigei Mennyiség Név Jel Hosszúság Tömeg méter kilogram m kg Idő másodperc s Elektromos áram Termodinamikai hőmérséklet Anyagmennyiség amper kelvin mol A K mol Fényerősség kandela cd Az SI alapegységei gei A hosszúság mértékegysége a méter, jele m. A méter annak az útnak a hosszúsága, amelyet a fény vákuumban 1/99 79 458 másodperc alatt tesz meg. A tömeg mértékegysége a kilogramm, jele kg. A kilogramm a Sévres-ben őrzött tömegetalon tömege. A idő mértékegysége a másodperc, jele s. Az alapállapotú cézium 133 atom két hiperfinom szintje közti átmenethez tartozó sugárzás 9 19 631 77 periódusának időtartama. Az elektromos áramerősség mértékegysége az amper, jele A. Az amper olyan állandó elektromos áram erőssége, amely két egyenes, párhuzamos, végtelen hosszúságú, elhanyagolhatóan kicsiny körkeresztmetszetű és egymástól 1 méter távolságban, vákuumban levő vezetőben fenntartva, e két vezető között méterenként x1-7 N erőt hozna létre. A termodinamikai hőmérséklet mértékegysége a kelvin, jele K. A kelvin a víz hármaspontja termodinamikai hőmérsékletének 1/73,16-szorosa. Az anyagmennyiség mértékegysége a mól, jele mol. A mól annak a rendszernek az anyagmennyisége, amely annyi elemi egységet tartalmaz, mint ahány atom van,1kg szén-1 izotópban. A fényerősség mértékegysége a kandela, jele cd. A kandela az olyan fényforrás fényerőssége adott irányban, amely 54THz frekvenciájú monokromatikus fényt bocsát ki és sugárerőssége ebben az irányban 1/683-ad watt/szteradián.

SI prefixumok Faktor Név Jele 1 4 yotta Y 1 1 zetta Z 1 18 exa E 1 15 peta P 1 1 tera T 1 9 giga G 1 6 mega M 1 3 kilo k 1 hekto h 1 1 deka da Faktor Név Jele 1-1 deci d 1 - centi c 1-3 milli m 1-6 mikro µ 1-9 nano n 1-1 piko p 1-15 femto f 1-18 atto a 1-1 zepto z 1-4 yocto y Származtatott mértm rtékegységekgek

A hosszúság 1799: a Párizson áthaladó délkör hosszának 4 milliomod része (Cu mérőhasáb, levéltári méter ) 1889: nemzetközi méter etalon platina-irídium (9/1) ötvözetből, ősméter (hiba 1µm, relatív hiba: 1-6 ) 196: a kripton 86 izotóp egy átmenetének hullámhosszához rögzítik a métert 1 m = 1 65 763,73 λ mérési eljárást adtak meg, relatív hiba: 1-9 1983: A fény által vákuumban 1/99 79 458 másodperc alatt megtett út. (relatív hiba: 1-15 ) http://www.bipm.org/en/si/history-si/evolution_metre.html A délkd lkör r 1 o -os szakaszának lemérése, 1791-1798 1798 Paris Jean Baptiste Joseph DELAMBRE 1749-18 Pierre François André MÉCHAIN 1744 184

Az ősméter #7, USA ca. 1875-1889 NIST Museum Collection 6,6 6,6 1 Az ősmétert TRESCA francia fizikus tervezte, de a konstrukció kialakításában szerepe volt KRUSPÉR javaslatainak is. A jellegzetes, "X" keresztmetszetű szelvény 9% platina és 1% irídium ötvözetéből készült, így viszonylag kis lineáris hőtágulási együtthatóval rendelkezik. A rúd 1 mm hosszúságú. A métert két, az ún. semleges síkra (a-a) a hossztengelyre merőlegesen felvitt, 8 mm szélességű főkarcok közötti távolság reprezentálja. E karcoktól,5 mm-re mindkét oldalon egy-egy segédvonás található, ezek a célzómikroszkópos optikai komparátor könnyebb beállíthatóságát segítik elő. A semleges sík középvonalában egy kettős karc húzódik (a két vonal távolsága, mm). Ezek tűzik ki az etalon tengelyvonalát (b ábra). Az ősmétert a legkisebb lehajlást eredményező, ún. Bessel-féle alátámasztási pontokon, azaz a végektől számítva a teljes hossz /9-ed részének megfelelő távolságban kell alátámasztani, legalább 1 mm átmérőjű görgőkkel (c ábra). 3 db méterrudat készítettek, melyek közül a 6. rúd karctávolsága esett a legközelebb a levéltári méter hosszához, így ez lett a nemzetközi méter-etalon, az "ősméter. Az OMH a 14. sorszámút kapta ("nemzeti ősméter ), mely 1,3 µm-rel bizonyult rövidebbnek az alapmértéknél. http://www.sasovits.hu/anyag/meter/meter_sztori.htm Hosszúságm gmérő eszközök Méterrúd, mérőszalag Tolómérő nóniusz! Csavarmikrométer Lézeres távolságmérés http://www.technologystudent.com/equip1/microm1.htm... és még sok speciális megoldás.

Az idő 18: másodperc a közepes szoláris nap 1/864 része 1956: A másodperc a tropikus év 1/31 556 95.9747-ed része 19 január 1 óra efemeris idő szerint. 1968: Az alapállapotú cézium 133 atom két hiperfinom szintje közti átmenethez tartozó sugárzás 9 19 631 77 periódusának időbeli hossza. 1997: rögzítik, hogy a fenti definícióban az alapállapot K kinetikus hőmérsékletű nyugvó Cs atomot jelent. Érdekesség g az időmérés történetéből Decimális (!) idő mértékrendszer Kína, i.e. 1 Franciaország, 1793. október 5.

Időmérő eszközök k 1. Vízórák (i.e. 14) Homokórák... és még sok egyéb leleményes megvalósítás. Időmérő eszközök k. Mechanikus óraszerkezetek (kilincskerék, kronométer,1s/nap) Kvarc alapú időmérés (19-194) 1-4 s/nap

Időmérő eszközök 3. Atomórák történeti áttekintés http://tf.nist.gov/cesium/atomichistory.htm 1949: az első NH 3 alapú (Isidor Rabi) 195: NBS-1, az első Cs alapú 1955: az első, mely Cs nyalábot használ 1967: az SI másodperce atomórával definiált. 1989: Norman Ramsey, Hans Dehmelt és Wolfgang Paul fizikai Nobel díjat kap Atomórák folyt. 1999: NIST-F1 atomi szökőkút elvű atomóra, pontosság (5- ben) 5 x 1-16 vagy 1 másodperc 6 millió évben = lézeres hűtés ~K mikrohullámú gerjesztés ~x1s változó frekvenciával fluoreszcencia http://tf.nist.gov/timefreq/cesium/fountain.htm

http://tf.nist.gov/cesium/fountain.mpg 4: Elkészül az első miniatűr atomóra Steve Jefferts és Dawn Meekhof a feltalálók Atomórák k pontossága

GPS Global Positioning System = globális helymeghatározó rendszer 1978-1985 felépül az ameriaki NAVSTAR (Navigation System for Timing and Ranging) rendszer első fázisa (11 műhold) 198 pályára áll az orosz GLONASS rendszer első műholdja 1995 4-re bővül a NAVSTAR műholdak száma 7 Az EU saját rendszer kiépítése mellett dönt (Galileo: várható befejezés 1 (13)) Kezdetben a rendszer pontatlanságát az SA (selective availability) bekapcsolt állapotában mesterségesen megnövelték ±1 m-re. Az SA-t. május 1-én minden műholdon kikapcsolták, ezáltal a poziciók pontossága kb. 1 méter. (évenkénti megújítás!) NAVSTAR tszfm: 183km A legmodernebb műhold...... és annak egyik Rb-atomórája. http://www.kowoma.de/en/gps/ A GPS működési m elve A trilateráció, vagy a 3 pontú helyzetmeghatározás Három egymást metsző gömb felületének két pontja közös. Általában a két metszéspont közül csak az egyik reális. Ha tehát az autó GPS-e ismeri legalább három műhold pontos helyzetét és az azoktól mért pontos távolságát, akkor meg tudja állapítani saját térbeli helyét.

A GPS működése m 1/ Angol: http://www.trimble.com/gps/index.shtml Magyar: http://ismeret.virtus.hu/?id=detailed_article&aid=7361 Ha a vevőegységnek +,5s hibája van: Az ideális 1 metszéspont helyett (A pont), 3 metszéspontot (B pontok) kapunk.... kell egy negyedik műhold.

A GPS működése m / Hibaforrás Ionoszféra Ephemeris errors Műhold órája Többszörös visszaverődés Troposzféra Mérték ± 5 m ±.5 m ± m ± 1 m ±.5 m http://www.kowoma.de/en/gps/errors.htm http://www.trimble.com/gps/index.shtml A kilogramm A harmadik, a mechanika szempontjából fontos SI alapegység. A Súlyok és Mértékek Nemzetközi Irodájában őrzött platinairídium henger tömegével egyenlő. (Az egyetlen SI-alapegység, amelyiknek a definíciója még mindig etalonon, és nem valamilyen alapvető fizikai állandón alapszik.)

Klasszikus mechanika A fizika azon ága, melynek feladata az anyagi testek mozgására vonatkozó törvényszerűségek megismerése, az azt leíró törvények felállítása. (Galilei és Newton érdemei) Galileo GALILEI 1564 164 Kinematika a mozgás leírásával foglalkozik Sir Isaac NEWTON 1643 177 Dinamika a mozgás okát keresi tömegpont pontrendszer merev test deformálható test Az anyagi pont kinematikája, alapfogalmak tömegpont: a vizsgált jelenségek szempontjából kiterjedés nélkülinek tekintett/tekinthető test (idealizáció) A kinematika a mozgások leírásával foglalkozik vonatkoztatási rendszer: a tömegpont helyzetének és mozgásának leírásához használt rögzített viszonyítási pontok helyvektor: a vonatkoztatási rendszer origójából a tömegponthoz mutató vektor pálya: a vonatkoztatási rendszer azon pontjai, melyeken az anyagi pont mozgása során áthalad út: a pálya két pontja közötti ívhossz (skalár) elmozdulás vektor: a test korábbi helyzetéből egy későbbi helyzetébe mutató irányított szakasz (vektor) a pálya relatív: http://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/relativ1.html

Egyenes vonalú egyenletes mozgás Egyenes vonalú pályán állandóan ugyanabban az irányban halad és egyenlő időközönként egyenlő utakat tesz meg. = x( t ) x= x( t) x = t ( t t ) x x = v x= v t v= x t a sebesség SI mértékegysége a m/s a sebesség mérése: (Video: MIT Physics Demo_Speed of a Bullet.mp4 http://www.youtube.com/watch?v=izzxtntny ) Egyenes Vonalú Egyenletes Mozgás EVEM ( Kísérlet : Mikola-cső) 35 3 5 5 5 4 a= s [m] 15 v [m/s] 15 1 a [m/s ] 3 1 5 s = s(t=) = 1 m 5 1,,,4,6,8 1, t [s],,,4,6,8 1, t [s],,,4,6,8 1, t [s] s= s+ vt v=áll. a = Az út-idő görbe meredeksége a sebesség nagysága. A sebesség-idő görbe alatti terület nagysága a megtett utat adja.

A sebesség tetszés szerinti egyenes vonalú mozgásnál Egydimenziós probléma: x= x(t) Elmozdulás: x= x( t+ t) x( t) Átlagsebesség: a test által megtett s út és a megtételéhez szükséges t idő hányadosa (nem ad felvilágosítást a mozgás részleteiről!) v x = s s x = = t t t geometriai jelentés: az út-idő grafikon két pontjához tartozó szelő meredeksége Az anyagi pont t időpillanathoz tartozó sebessége (pillanatnyi sebesség): v x x dx( t) = lim = t t dt geometriai jelentés: az út-idő grafikon t időpontbeli meredeksége (iránytangense) A sebesség általános definíciója s görbevonalú mozgás pálya Bontsuk fel a mozgást rövid t időintervallumokra, melyek alatt a sebesség közel állandónak tekinthető. Mivel r s írhatjuk, hogy s lim = t t ds dt = v r r dr( t) r lim = = v t t dt A sebességvektor a helyvektor idő szerinti első differenciálhányadosa.

Szabadesés a gyorsulás fogalma A kísérletek (pl. ejtőzsinór, Galilei lejtő) azt mutatják, hogy a megtett út időfüggése: s t s= k t Ez esetben az átlagsebesség: (Film: MIT_free_fall.flv http://www.youtube.com/watch?v=4ovheksiqv&nr=1 ) s k( t+ t) = t t kt = kt+ k t míg a (pillanatnyi) sebesség: v= kt A sebesség időbeli változását jellemezhetjük a t idő alatt bekövetkező v sebességváltozás segítségével: gyorsulás v k( t+ t) kt a= = = k t t Szabadon eső test gyorsulása állandó, mégpedig a nehézségi gyorsulás. m 1 a = g= 9.81 = áll. v= g t s= g t s A gyorsulás általános definíciója A tömegpont sebessége időben mind irány, mind nagyság szerint változhat. Ilyenkor a változást a sebességvektor idő szerinti változásával jellemezzük: r r v a= lim t t r dv( t) = dt r d ( t) = dt A gyorsulásvektor a sebességvektor idő szerinti első, vagy a helyvektor idő szerinti második differenciálhányadosa. Az egyenes vonalú egyenletes mozgás kivételével minden mozgás gyorsuló mozgás!

6 5 Egyenes Vonalú Egyenletesen Változó Mozgás, EVEV ( Kísérletek : 1) Galilei lejtő ) ejtőzsinór 3) marok-ejtőgép) 1 6 s = s(t=) = 5 m v = v(t=) = 5 m/s 1 5 a> 5 n 3 n 1 n 4 8 4 s [m] 3 v [m/s] 6 4 a [m/s ] 3 1 1 s [m] 4 6 8 1 1-1 - t [s] a s + t 4 6 8 1 t [s] v [m/s] 4 6 8 1 = s+ vt v v + at 5 t [s] 4 6 8 1-5 -5 t [s] a [m/s ] 4 6 8 1 4 3 1 t [s] = a=áll. a< -3-4 s = s(t=) = 5 m -75-1 v = v(t=) = 5 m/s 4 6 8 1 t [s] -1 Körmozgások ( Kísérlet : egyenletes körmozgás légpárnás asztalon Circular_motion.mpg Film: circular_motion_acceleration.flv http://www.youtube.com/watch?v=wkvhgkg_dw ) mindíg GYORSULÓ mozgások egyenletes körmozgás (kerületi sebesség, szögsebesség, periódusidő, centripetális gyorsulás) v v dϕ π v v., rω dt T r r kerületi = = áll ω= = áll., ω= =, acp = = v r

Körmozgások, folyt. egyenletesen változó körmozgás (szöggyorsulás, β) dω d ϕ β = = = áll ω ω β β dt dt., = ± t, aérintő = r, a= aérintő + acp (Film: angular_velocity_vector.flv) szögsebesség vektor v y r r r = xω, v = yω, v = ω x Harmonikus rezgőmozg mozgás pl. rugóra akasztott test ( ω + ) x( t) = Asin t ϕ körfrekvencia x = max A kezdőfázis amplitúdó (Film: simple_harmonic_motion_animation.flv http://web.ncf.ca/ch865/englishdescr/shm1.html ) dx( t) v( t) = = Aω cos( ωt+ ϕ) dt v max = Aω dv( t) a( t) = = Aω sinωt+ ϕ dt a = Aω max az egyenletes körmozgás vetülete is harmonikus rezgőmozgás ( ) A=3cm, ω=s -1, φ = rad kitérés sebesség gyorsulás (Film: harm-rezg-c.avi)

Az égitestek mozgásának leírása Numerikusan kezelhető Kepler törvények I. A bolygók ellipszis pályán keringenek, melyeknek egyik gyújtópontjában a Nap áll. II. A Naptól a bolygóhoz húzott rádiuszvektor egyenlő időközök alatt egyenlő területeket súrol. III. A bolygók keringési időinek négyzetei úgy aránylanak egymáshoz, mint az ellipszispályák nagytengelyeinek köbei. Valóban inverz négyzetes a függés? Az elmozdulások függetlenségének nek elve 1) Az elmozdulások vektoriális összegzéssel összetehetőek egyetlen (eredő) elmozdulássá, mely független a részelmozdulások sorrendjétől. ) Egyetlen elmozdulás, a vektori összegzés szabályainak betartása mellett, felbontható tetszőleges számú elemi elmozdulássá.

Hajítások Függőleges hajítás Vízszintes hajítás x= vt g y= t Ferde hajítás y= (Film: vízszintes hajítás komponensei, :5- MIT Physics Demo_Monkey and a Gun.mp4) g v x függőlegesen EVEV vízszintesen EVEM EVEM EVEV Dinamika a mozgás okát keresi MIÉRT mozog a test (épp úgy, ahogy mozog)?

Newton axiómák Az axióma olyan alapfeltevés, melyet bizonyítás nélkül igaznak fogadunk el. I. Létezik olyan viszonyítási rendszer, melyben minden test megtartja EVEM-át, vagy nyugalmi állapotát amíg más testek hatása ennek megváltoztatására nem kényszeríti. Erőhatás: Egy testnek egy másik testre gyakorolt olyan hatását, ami a test sebességének megváltozásában, azaz gyorsulásában nyilvánul meg erőhatásnak, vagy röviden erőnek nevezzük. II. Amennyiben egy testre erő hat, akkor gyorsulni fog, még pedig úgy, hogy a gyorsulás az erővel azonos irányba mutat, nagysága pedig az erő nagyságával egyenesen, a test tehetetlen tömegével pedig fordítottan arányos. r r F = ma A fizikai egyenletek iránya ok-okozati kapcsolatot fejez ki! Newton axiómák, folyt. III. Ha egy A testre B test F A,B erőt gyakorol, akkor az A test is hat B-re egy F A,B -vel azonos nagyságú, de azzal ellentétes irányú F B,A erővel. Kölcsönhatás, hatásellenhatás, akció-reakció elve. (Film: TeleKolleg_7.flv :4- MIT_Physics_Demo_Fire_Extinguisher_on_a_Tricycle.flv) IV. Két, ugyanabban a pontban támadó erő helyettesíthető egyetlen, paralelogrammam módszerrel meghatározott eredő erővel. Ha az anyagi pontra egyidejűleg több erő is hat, ezek együttes hatása egyenértékű vektori eredőjük hatásával. Az erőhatások függetlenségének elve. A szuperpozíció elve. Stevin tétel.

Mozgásegyenlet, vagy a dinamika alapegyenlete i F Newton II. és IV. axiómák egyesítése: d x i r F i r r d = ma= m dt ix = max = m, F ma m, F ma iy = y = iz = z = dt i dt i d y d z m dt Analitikus megoldása sokszor nehéz, numerikusan viszont egyszerű kezelni. A mozgásegyenlet megoldása Vizsgáljunk egy olyan tömegpont 1 dimenziós mozgását, melyre egy erő hat. d x ismert: F = max = m keressük: x( t) =? Ha egy időpillanatban (t ) ismerjük a test helyzetét (x ) és sebességét (v ), akkor elegendően kicsiny t idő múlva újabb helyzete (x 1 ) és sebessége (v 1 ) megbecsülhető: x v 1 1 = x = v dt + v t + a t= v + F m újabb t idő elteltével a folyamat ismételhető: x v = x = v 1 1 + v t 1 + a t= v + 1 F m t t A pálya pontjai tetszőleges pontossággal meghatározhatóak t csökkentésével.

a rugóerő: Pl.: lineáris erőtörv rvény F = Dx 3F = F 1 F1> F < O x 1 < x > x A mozgást 5 részre bontva ( t nagy) A mozgást 5 részre bontva ( t kicsi) Ez a konkrét probléma analitikusan is megoldható: d x( t) Dx ( t) = m dt az x(t) függvény olyan kell legyen, hogy idő szerinti második deriváltja önmagától csak egy konstansban térjen el D x( t) = A sin( ω t+ ϕ) = A sin( t+ ϕ) harmonikus rezgőmozgás m (Ism.: simple_harmonic_motion_animation.flv) Próbálkozzanak, programozzanak!!! A tömegvonzás: y r r K L F x F r m F y MmS mkl F F x = x r r mm F = γ r r r M S x F F x y = γ = γ mm ( x + y ) mm ( x + y ) 3/ 3/ x y Kíséreljék meg a bolygók mozgását a lineáris erőtörvényhez hasonló módon numerikusan modellezni!

Erőtörv rvények Gravitációs erőtörvény: r F gr mm 1 = γ r r r Nehézségi erő: r F = r mg Lineáris erőtörvény (rugók): F x = Dx... még bővül majd a paletta (közegellenállás, felhajtóerő, elektromos és mágneses terekben ébredő erők) A gravitáci ciós állandó mérése (Film: Cavendish kísérlet Cavendish_inga.mpg) Henry CAVENDISH 1731-181 Henry Cavendish, 1797 http://www.youtube.com/watch?v=ee9tmwxnx-s

Eötvös s Loránd horizontális variométer 1848-1919 Eötvös-inga 1891, Ság-hegy 191, Balaton A tehetetlen és s súlyos s tömegt Arányuk függ-e az anyagi minőségtől? Newton: (inga) 1-3 pontosság Bessel: 1-5 pontosság (inga) Eötvös Loránd: 5x1-9 pontosság (az inga két K-Ny beállítását használva) NEM függ Braginsky és Panov: (módosított Eötvös-inga) 1-1 pontosság