mehanika - tehnikum.edu.rs · klasična mehanika proučava mehaničko kretanje uključujući i...
TRANSCRIPT
Mehanika
kinematika
11. Octobar 2018
.
Osnovni zadatak fizike (ϕνσιξ - priroda) je izučavanje osnovnih svojstava
prirode, a jedno od tih svojstava je materijalnost.
Materija se definiše kao supstancija od koje su sačinjeni fizički objekti.
Materijom se smatra sve ono što se čulima može osetiti i poseduje fizičke osobine.
Materija se može definisati kao istovremena manifestacija
mase i energije u vremenu i prostoru.
Materija uvek postoji u prostoru i
nalazi se u procesu neprekidnog kretanja i promena.
Jedan od najstarijih zakona fizike, formulisan u staroj Grčkoj:
Zakon održanja materije koji glasi:
Materija se ne može unuštiti, niti iz ničega stvoriti, ona može
samo da se menja i da prelazi iz jednog oblika u drugi.
Kako je materija neraskidivo vezana sa kretanjem to će naš prvi zadatak
biti da se pozabavimo ovom pojavom.
•Gde god da pogledamo oko nas, možemo da uočimo tela "u stanju kretanja”.
•Čak i kada smo u "stanju mirovanja", naše srce kuca i na taj način tera krv da
struji kroz krvne sudove.
•Proučavanje i razumevanje kretanja je interesantno,·često iz potpuno praktičnih
razloga. Možemo da se zapitamo gde će teniska loptica pasti ako se ·udari pod
odredjenim uglom u odnosu na horizontalu i nekom početnom brzinom.
•Osim praktičnih, postoje i drugi razlozi zbog kojih se, pre nego ·što se krene u
druge oblasti fizike, mora posvetiti odredjena pažnja upravo kretanju tela.
OdreĎeni pojmovi, koji se uvode kada se proučava kretanje, npr. ubrzanje, su
osnova za kasnije uvodjenje drugih veličina, recimo sile.
Kretanje
Mehaničko kretanje je promena uzajamnog položaja tela ili
njihovih delova tokom vremena.
Kretanje se može podeliti na:
• niže oblike kretanja-
mehanička kretanja i kretanja u fizičkim poljima - Mehanika
• više oblike kretanja- kretanja žive materije.
Mehanika se deli na
• klasičnu mehaniku (Galileja i Njutna) - proučavaju se zakoni kretanja
makroskopskih tela koja se kreću brzinama koje su male u poreĎenju sa
brzinom svetlosti u vakuumu , v << c ≈ 3⋅108 m/s,
• kvantnu mehaniku - zakoni kretanja makroskopskih tela koja se kreću
brzinama koje su reda veličine c zasnovani na specijalnoj teoriji
relativnosti (Ajnštajnova mehanika), v ≈ c.
(Za opisivanje kretanja mikroskopskih tela kao što su pojedinačni atomi
i elementarne čestice zakoni klasične mehanike su neprimenljivi).
Klasična mehanika proučava mehaničko kretanje uključujući i uzroke (sile)
koje do njega dovode, i deli se na:
• kinematiku;
• dinamiku i
• statiku.
Kinematika proučava kretanje tela ne razmatrajući uzroke koji to
kretanje izazivaju.
Dinamika proučava zakone kretanje tela i uzroke koje to kretanje
izazivaju ili menjaju, a to znači da proučava dejstva sila na tela.
Statika proučava zakone ravnoteže tela kada na njih deluje nekoliko sila. Ako
su zakoni kretanja poznati moguće je utvrditi zakone ravnoteže - upravo zato
fizika zakone statike ne razmatra odvojeno od zakona dinamike i svojsva tela.
Biomehanika = Mehanika živih sistema
Cilj mehanike: Doći do dinamičkih jednačina, čijim se rešenjem mogu dobiti
zakoni kretanja – položaj, brzina i ubrzanje u svakom trenutku.
Sile se smatraju poznatim
Metode rešavanja dinamičkih jednačina:
Analitičke
Numeričke - uz pomoć aproksimativnih programa
Delovi mehanike:
Mehanika materijalne tačke
Mehanika krutog tela
Mehanika deformabilnog tela-(elastično i plastično telo)
Mehanika Fluida
Mehanika: proučava mehaničko kretanje uključujući i uzroke (sile) koje do njega dovode
Kosti – kruto telo
Tkivo = deformabilno telo
Krv = Fluid
FIZIČKI SISTEM
Svako istraživanje u fizici je fokusirano na samo neki izdvojeni deo realnosti, koji se
naziva fizički sistem.
Fizički sistem je skup uzajamno povezanih fizičkih objekata (komponenata sistema),
koji meĎusobno interaguju.
Ako komponente fizičkog sistema interaguju sa okolinom kažemo da je to otvoren sistem
ako ne interaguju sa okolinom kažemo da je to izolovan ili zatvoren sistem.
Fizički sistemi pripadaju kako neživoj, tako i živoj prirodi.
U biološkim sistemima susrećemo se sa nizom fizičkih procesa i fizičkih svojstava.
Pored fizičkih, postoje i nefizička svojstva fizičkih sistema, poput mirisa i
ukusa, koja se ne mogu kvantifikovati (ne postoji jedinica mere mirisa,
ukusa).
Za razliku od matematičke veličine, koja je odreĎena brojnom vrednošću,
zapis vrednosti fizičke veličine sadrži brojnu vrednost, jedinicu
mere i fizičku dimenziju. Primer: v = 7 m/s
7 = brojna vrednost,
m/s = jedinica mere,
L/T (dužina kroz vreme) = fizička dimenzija
FIZIČKA SVOJSTVA -> FIZIČKE VELIČINE
Fizički sistem se karakteriše nizom fizičkih svojstava, kojima se pripisuju
fizičke veličine, sa ciljem da se ta svojstva kvantifikuju.
Svakom fizičkom svojstvu sistema se pripisuje odreĎena fizička veličina,
za koju se odreĎuje jedinica mere i postupak njenog merenja.
Postupak merenja -Fizički eksperiment
Ispitivanje fizičkog sistema i pojava koje se odvijaju u njemu ima više faza:
1. Posmatranje pojave
Formalno sagledavanje prirode pojave,
cilj: identifikovanje fizičke veličina koje su relevantne za tu pojavu.
Kretanje tela: pojava promene položaja tokom vremena;
relevantne fizičke veličine su preĎeni put i vreme.
2. Eksperimentalno ispitivanje pojave
Eksperimentalna merenja fizičke veličina koje su relevantne za ispitivani fenomena,
cilj: empirijski zakoni, tj. uspostavljanje veza izmeĎu merenih fizičkih veličina,
do kojih se dolazi analizom rezultata merenja
v = s/t
P=aT, V=const. (Šarlov zakon),
V=bT, P=const. (Gej-Lisakov zakon)
Eksperiment = merenje = interakcija merne sonde mernog ureĎaja i sistema Primer: Termometar – merna sonda: rezervoar sa živom
Naučni eksperiment = ponovljiv eksperiment.
Podela fizičkih svojstva na bitna i nebitna nije uslovljena samo osobinama fizičkog
sistema, nego ciljem istraživanja.
Kotrljanje lopte po stolu: boja lopte nebitno fizičko svojstvo
Apsorpcija svetlosti na lopti: boja lopte bitno svojstvo
Najjednostavniji fizički model = model kod kog se kao bitno izdvaja samo jedno
svojstvo fizičkog sistema (Zemlja kao materijalna tačka - masa).
Dva postupka modelovanja:
• Modelovanje fizičkog sistema => model fizičkog sistema
• Modelovanje (Modelovana simulacija) fizičkog procesa
Modelovanje fizičkih sistema
Modelovanje fizičkog sistema = razdvajanje bitnih od nebitnih svojstava
sistema, koje je odreĎeno unapred definisanim ciljem istraživanja, a ne
svojstvima sistema kao takvog.
Pod modelom u fizici podrazumevamo uprošćenu verziju nekog fizičkog sistema, koji
bi bio komplikovan za analizu kada bi smo ga uzimali sa svim njegovim karakteristikama.
Ispitivanju svakog fizičkog sistema prethodi sagledavanje i
odreĎenje njegovog položaja u prostoru.
Da bi se moglo govoriti o kretanju potrebno je da postoje barem dva tela,
jedno koje se kreće i drugo u odnosu na koje se kretanje obavlja.
Kretanje definišemo kao promenu položaja jednog tela u odnosu na drugo.
Ne postoji apsolutni položaj, nego samo položaj u odnosu na neko unapred
odabrano telo - referentno telo.
Položaj svakog fizičkog objekta se odreĎuje relativno,
tj. u odnosu na unapred izabrano referentno telo,
za koji se vezuje, pridružuje, koordinatni sistem.
Referentni sistem je fizički pojam
Koordinatni sistem je matematički pojam
Referentni sistem, prostor stanja, materijalna tačka
Posmatrajući kretanje tela makroskopskih dimenzija često je moguće umesto
kretanja svih delića ovakvog tela posmatrati kretanje jedne tačke kojom
predstavljamo celo telo.
Pod materijalnom tačkom podrazumevamo makroskopsko telo čije se dimenzije u
datom kretanju mogu zanemariti. To ne znači da su dimenzije tela koje posmatramo
kao materijalnu tačku zanemarljive već da se u datom slučaju kretanja može
smatrati da se sva masa tela nalazi u jednoj tački.
Materijalna tačka je fizički pojam za geometrijski pojam tačka,
kojem smo pridružili jedno od svojstava materijalnih tijela – masu.
Model materijalne tačke: zanemarujemo dimenzije datog tela i smatramo da ono
ima samo masu.
Dakle zadržavamo svojstvo inertnosti - okarakterisano masom sistema m.
Referentni sistem, prostor stanja, materijalna tačka
Brzina
voza
u odnosu
na
biciklistu
Sistem
vezan za
biciklistu koji
rel.miruje
Sistem
vezan za
voz
Brzina voza
u odnosu na
biciklistu
Položaj putnika
u odnosu na oba
referentna sistema
dt
rd
dt
rd
dt
rd A/BB/PA/P
SLAGANJE BRZINA
Brzina putnika
u vozu
Brzina putnika
u odnosu na
biciklistu
Inercijalni referentni sistem Ne postoji apsolutno mirovanje, tj. sva tela u Univerzumu se kreću jedna u odnosu na
druga. Znači, ...
Svaki referentni sistem je vezan za referentno telo koje se kreće.
Po načinu na koji se kreću, tela se mogu podeliti u dve osnovne grupe:
Izolovana - slobodna tela
Svako telo se kreće ravnomerno pravolinijski, ne menjajući ni brzinu, niti
pravac kretanja. Na slobodno telo ne deluje ništa.
Neizolovana tela.
Delovanje drugih tela odražava se pre na način njegovog kretanja:
Promena brzine
Promena pravca kretanja.
Inercijalni referentni sistem je vezan za (referentno) telo koje se kreće ravnomerno,
ne menjajući brzinu i pravac kretanja.
Svi inercijalni sistemi su ekvivalentni, tj. odvijanje fizičkih procesa ne zavise od
izbora inercijalnog sistema.
Neinercijalni referentni sistem je vezan za (referentno) telo koje se kreće
neravnomerno menjajući brzinu i pravac kretanja.
Svaki sistem koji je vezan za referentno telo koje se kreće neravnomerno ili
krivolinijski je neinercijalan.
Voz koji ubrzava, platforma koje se obrće
. --
Prostor mehaničkih stanja
Sve što se dešava, pa i svaki fizički proces, dešava se negde u prostoru i nekad u vremenu.
Ispitivanje svakog fizičkog procesa (fenomena) započinje, pitanjima “Gde u prostoru?” i
“Kada u vremenu?”
Gde u prostoru - mereno u referentnom sistemu u odnosu na referentno telo, koje se
nalazi u koordinatnom početku sistema.
Kada u vremenu - mereno od datog početnog trenutka, jer vreme se meri u odnosu na
neki unapred izabrani referentni trenutak - početni trenutak.
Fizika se ne bavi fizičkim sistemima čija su svojstva nepromenljiva,
sa kojima se ništa ne dešava.
Fizika se bavi fenomenima, tj. procesima u kojima se dešavaju
promene fizičkih svojstava i stanja fizičkih sistema.
Najjednostavni fizički proces je mehaničko kretanje.
To je proces tokom kog se menja mehaničko stanje sistema.
Mehaničko stanje tela je u svakom trenutku vremena odreĎeno vrednostima koordinata
njegovog položaja u tom trenutku.
Proces mehaničkog kretanja tela je svaki proces promene njegovog položaja, nezavisno
od uzroka koji su do toga doveli.
Iz svakodnevnog iskustva imamo predstavu o kretanju, kao o neprekidnoj promeni u položaju nekog tela. Sva kretanja u fizici, možemo da kategorišemo u tri tipa kretanja:
translatorno, rotaciono i vibraciono (oscilatorno).
Automobil koji se kreće auto putem je primer translatornog kretanja, Zemljina rotacija oko sopstvene ose je primer rotacionog kretanja, a kretanje klatna
vibracionog.
proces kretanja
OdreĎivanje položaja tela pomoću različitih koordinatnih sistema
Da bi se odredio položaj tela u ravni, najčešće se
koristi Dekartov pravougli sistem sa dve
promenljive A(x,y).
Y
X
A(x,y)
Da bi se odredio položaj tela u prostoru,
možemo koristiti Dekartov pravougli koordinatni
sistem sa tri promenljive A(x,y,z).
Vektor položaja
Dekartovom
koordinatnom sistemu
Dekartov trodimenzionalni koordinatni sistem.
Promenljive koje odreĎuju položaj tačke u ovom
koord. sistemu su: X,Y,Z.
AZ
Cilindrični koordinatni sistem.
Promenljive koje odreĎuju položaj
A((, , z)
Koordinatni sistemi koji se koriste u okviru opšteg kursa fizike
r
Sferni koordinatni sistem (r, , )
Cilindrični koordinatni sistem u
ravni (, , z)
x
y
z
Položaj tela u prostoru možemo odrediti i korišćenjem
KINEMATIKA MATERIJALNE TAČKE
Odredjivanje položaja materijalne tačke. Svojstva prostora i vremena
Cilj izučavanja mehanike je:
a) utvrĎivanje uslova i uzroka koji dovode do promene stanja mehaničkog kretanja ili
mirovanja
b) da na osnovu poznatih uzroka, osobina materijalnih objekata i početnih uslova utvrdi
opštu teorijsku metodologiju kojom će se uspešno opisati kretanje.
Pod terminom opisivanja kretanja podrazumevamo odreĎivanje:
- trajektorije materijalnog objekta;
- položaja materijalnog objekta u svakom trenutku kretanja;
- pravca i smera kretanja materijalnog objekta u svakom trenutku kretanja;
- brzine i ubrzanja materijalnog objekta u svakom trenutku kretanja.
Pod trajektorijom podrazumevamo geometrijsko mesto tačaka u prostoru kroz koje
materijalni objekat sukcesivno prolazi u procesu kretanja.
Za odreĎivanje položaja materijalnog objekta potrebno je odrediti
tri nezavisna parametra:
trajektorija, orijentacija trajektorije i referentna tačka .
Prilikom izbora parametara vodimo računa da se posmatrano kretanje opiše što
jednostavnije.
Bg
Ni
Odredjivanje položaja materijalne tačke
Opisivanje kretanja prema načinu izbora parametara kretanja može biti:
a) prirodno, b) vektorsko i c) koordinantno.
a) Prirodni način opisivanja kretanja
Kako se položaj materijalne tačke menja u vremenu to je i njena
lučna koordinata- S funkcija vremena s = s(t) , što predstavlja
osnovnu kinematsku jednačinu kretanja pri prirodnom opisivanju kretanja.
!!! Lučnu koordinatu sA =OA , sB=OB , ne treba poistovećivati sa preĎenim putem
materijalne tačke u toku kretanja S=AB .
Parametre koja treba odrediti :
• trajektorija,
•orijentacija trajektorije ( --> + )
•referentna tačka na trajektoriji (tačka O)
•položaj materijalne tačke u odnosu na
referentnu tačku-lučnu kordinatu s
Odredjivanje položaja materijalne tačke
b) Vektorski način odreĎivanja kretanja tačke
Položaj materijalne tačke M odreĎen je vektorom sa početkom u polu O i krajem u
tački na trajektoriji gde se nalazi materijalna tačka-tačka M.
Vektor položaja materijalne tačke -
Promena vektora položaja tokom vremena predstavlja
osnovnu kinematsku jednačinu pri vektorskom opisivanju kretanja
Trajektorija materijalne tačke -hodograf vektora položaja (geometrijsko mesto
tačaka kroz koje prolazi vrh toga vektora s fiksnim početkom).
Parametra koja treba odrediti :
• u prostoru izaberemo referentnu tačku i
nazovemo je pol (tačka O).
• intezitet vektora položaja,
• pravac vektora položaja i
• smer vektora položaja.
r r r t
U Dekartovom sistemu koordinata položaj tačke A u datom momentu vremena
u odnosu na taj sistem karakteriše se sa tri koordinate x, y, i z –
vektorom položaja povučenim iz početka koordinatnog sistema do date tačke .
Pri kretanju materijalne tačke njene koordinate
se tokom vremena menjaju. U opštem slučaju
njeno kretanje se odreĎuje skalarnim jednačinama:
Koje su ekvivalentne vektorskoj jednačini
Jednačina (1.1) i (1.2) predstavljaju
kinematičke jadnačine kretanja materijalne tačke.
(Još jednom napominjemo: obzirom da se sva tela kreću možemo govoriti samo o
relativnom kretanju ili relativnom mirovanju. I pojam vremena je takoĎe relativan.)
Broj nezavisnih koordinata koji potpuno odreĎuju
položaj tačke u prostoru naziva se stepen slobode.
A x y zr xe ye z e r t
Opisivanje kretanja prema načinu izbora parametara kretanja može biti:
c) koordinantno.
(1.1)
Ar
PUTANJA I BRZINA MATERIJALNE TAČKE
Trajektorija materijalnog objekta pri procesu kretanja.
Kriva A, A1, A2,... predstavlja putanju materijalne tačke –
geometrijsko mesto uzastopnih položaja.
x(t) y(t) z(t) –3 skalarne jednačine su
konačne jednačine kretanja
Pitanje br. 1
vektor položaja
r x i y j z k r t
, , , ,
= = 1
x y z
x y z
e e e i j k
e e e
2 2 2r x y z
Jedinični vektori
Kretanje u dve ili tri dimenzije
z
x
y
Az
Ax
Ar
xe
ye
ze
zAyAxAA e)t(ze)t(ye)t(x)t(r
( ) ( ) ( )M M M
r t x t i y t j
Primer kako se vektor položaja razlaže kada ga posmatramo u
dvodimenzionalnom ili trodimenzionalnom koordinatnom sistemu.
( , , )A x y z
Kinematika
Osnovni pojmovi kinematike
m
Osnovni pojmovi kinematike
model materijalne tačke
model apsolutno krutog tela
Kinematika translatornog kretanja
Vrste kretanja. Brzina.
vsr
m
vs
2x -
x
x1
2xO 1x
2 1
2 1
sr
x xv
t t
vsr
Brzina u odnosu na preĎeni put (speed)
Brzina u odnosuna pomeraj (velocity)
Trenutna brzina
[km/h], [cm/s]
milja na čas [mph],
…
Pomeraj i preĎeni put – nisu iste veličine
34
10 0,5
20
sr
x m mv i i i
t s sPutnik u vozu koji je napravio
pomeraj x = -10 m za 20 sekundi.
preĎeni put s = xa+ xb+ x c + x d = 16m
6 9
s1 s2 s3 6 9
s1 s2 s3
2 6 9 10 12 x[m]
Devojka je u vagonu, za 20s, načinila pomeraj je “-10 m”, a
preĎeni put je veći (ukupna dužina plave linije) – u sistemu reference vezanom za vagon
ako ga odreĎujemo u odnosu na sistem reference vezan za prugu moramo da uračunamo i kretanje voza!
35
Srednja brzina vsr – trenutna brzina v
•srednja brzina ne daje
informaciju o tome šta se
dešavalo imeĎu x1 i x2.
• delimo ukupni pomeraj xtot,
na delove xa, xb, …
• što su manji delovi dobija se
potpunija slika o kretanju
• kada se smanje jako puno i
napravi odnos sa
odgovarajućim
vremenskim intervalom
dobija se trenutna brzina v
0sr tv v
, ...a b
a b
a b
x xv v
t t
2 6 9 10 12 x[m]
vsr
Pravac i smer trenutne brzine:
222
,coszyx
x
v
viv x
222
,coszyx
y
v
vjv
y
222
,coszyx
z
v
vkv z
Vektor brzine ima tri komponente duž osa x, y, z: vx, vy, vz
kdt
dzj
dt
dyi
dt
dx
dt
rdv
kvjvivkzjyixv zyx
222 zyxv
Pravac brzine u odnosu na ose:
Putanja tela
Dakle, važan zaključak:
U svakoj tački putanje
tela, vektor
trenutne brzine ima
pravac tangente u datoj
tački putanje.
Intenzitet vektora brzine
Primer U prvoj polovini vremena automobil se kretao brzinom od
80 km/h a preostalo vreme brzinom od 60km/h. Kolika je srednja
brzina na celom putu?
s1
v1 v2
s2
s
1 21 2 1 2 km2 2 70
2 hsr
t tv v
s s v vv
t t
Primer Kola se kreću polovinu puta brzinom 80 km/h a drugu polovinu
puta brzinom 60 km/h. Kolika je srednja brzina kola na celom putu?
s
s/2
v1 v2
s/2
111
11
2
2
t
s
t
s
t
sv
211
stv
1:/ v
1
12v
st
1t/ 222
22
2
2
t
s
t
s
t
sv
2t/
2
22v
st
222
stv
2:/ v
Srednju brzinu ćemo naći po definiciji:
21
21
21
21
2121
21
21
21 22
11
222
vv
vv
vv
vv
vv
s
s
v
s
v
s
ss
tt
ss
t
svsr
h
km6,68srv
1
12v
st
2
22v
st
1 22
ss s
Ubrzanje
Ubrzanje
* Čita se: drugi izvod vektora pomeraja po vremenu.
2
ma
s
2 1v v v
Ubrzanje
ravnomerno - v=const, a=0m/s2
promenljivo ubrzano - a>0
promenljivo usporeno - a<0
Trenutno ubrzanje
dr dx dy dzv i j k
dt dt dt dt
x y z
yx z
x y z
da v i v j v k
dt
dvdv dva i j k
dt dt dt
a a i a j a k
2 2 2
x y za a a a
Intenzitet vektora ubrzanja
rvdt
vda
2
2
2
2
2
2
x
y
z
d dx d xa i
dt dt dt
d dy d ya j
dt dt dt
d dz d za k
dt dt dt
Trenutno ubrzanje
Da bi našli trenutno
Ubrzanje u ... a
1P
... tražimo limes od
Kada P2 teži P1... sra
...smatrajući da
v 0, 0t
Trenutno ubrzanje
tačke orijentisano
prema udubljenoj
strani putanje
Trenutno ubrzanje tela se dobija kao limes srednjeg
ubrzanja kada Δt teži nuli.
Trenutno ubrzanje
�Za definisanje kretanja potrebno je poznavati neku od
sledećih zavisnosti:
• Prema obliku putanje kretanja
materijalne tačke se dele na:
• pravolinijska
• krivolinijska
• Prema brzini i ubrzanju kretanja
materijalne tačke se dele na:
• ravnomerna
• jednako ubrzana
• nedjednako ubrzana
�Koriste se relacije:
Pravolinijsko kretanje Prema brzini i ubrzanju kretanja automobila delimo na:
ravnomerna, jednako ubrzana
Jednodimenzionalno (pravolinijsko) kretanje
–ravnomerno kretanje
Pravolinijsko kretanje – ravnomerno kretanje
Koeficijent nagiba
zavisi od brzine.
a=const
52
Jednako ubrzano pravolinijsko
kretanje
smssmsmatvv /10)40)(/5,1(/70 2
0
tavv sr 0
tavv 0v
t
v=at v
t
v=v0+at
53
constaa
const aa
0
0
tt
vv
t
va
t
vva 0
0 0,ako t Prema definiciji
ubrzanja
Ravnomerno ubrzano pravolinijsko kretanje
pravolinijska putanja
u jednakim vremenskim intervalima prelazi različite puteve - kretanje
nazivamo promenljivim, i ono može biti ubrzano ili usporeno
0 v 0,za
v a t
IzvoĎenje..
v
t
v0
v-v0v
t
v=v0+at
s
00 v
20
2
1attvs
tvs 01
2
02
tvvs
tavv 0
22
200
2
attvatvs
21 sss 54
PreĎeni put? Površina ispod krive (prave) )(tfv v
tt
v
v=at
s
0 0 /v m s
2
2tas
Isto, preko integrala
I uvrštavamo vreme u drugu relaciju:
a
vvt 0
200
02
1
a
vva
a
vvvs
2
200
2200 2
2
1
a
vvvva
a
vvvs
a
vvvv
a
vvvs
2
2 200
2200
a
vvvvvvvs
2
222 200
2200
2
2
0
0
attvs
tavv
57
savv 220
2
20
22 vvas
a
vvs
2
20
2
Jednoliko usporeno kretanje
tavv 0
20
2
1tatvs
v
t
v
t
v0v0-v
v=v0-at
s
58
savv 220
2
Eliminacijom vremena dobijamo:
Pravolinijsko kretanje
Prema brzini i ubrzanju kretanja automobila delimo na:
ravnomerna, jednako ubrzana i nejednako ubrzana
+
-
Slobodni pad
i hici naniže
i naviše
v=vx
vx
ymax
xD vD
66
Reka “nosi” tela nizvodno,ili
vetar “nosi” avion u smeru duvanja
vt - brzina tela u odnosu na sredinu
vs - brzina sredine
v – ukupna brzina tela je zbir ove
dve brzine.
Sabiranje brzina
s
t
v
vtan
st vvv
22
st vvv
Krivolinijsko kretanje Kinematika rotacionog kretanja
a tangencijalno
ubrzanje
an normalno ubrzanje
naa
naaa
, ,na
, a
1a
71
Kinematika rotacionog kretanja (kružno kretanje)
ukoliko je brzina tela konstantna,
(linijska brzina konstantna, v=const),
kretanje je uniformno kružno kretanje
tačke koje rotiraju imaju različite
(linijske = periferijske) brzine v jer se
nalaze na različitoj udaljenosti od ose
rotacije – dalje se kreću brže.
Rotaciono kretanje je kretanje prilikom koga se sve tačke tela kreću po
kružnim putanjama čiji centri leže na osi rotacije .
Osa rotacije O
Ugao rotacije - , se pri
ovakvom kretanju koristi da
opiše pomeranje tela za dati
interval vremena .
1
0
0
s s
r r
t t t
Kružno (rotaciono) kretanje. Ugaoni pomeraj
Položaj materijalne tačke je dat radijus-vektorom, r =const.
Položaj materijalne tačke (tela) u ovom slučaju je odreĎen kada su poznati
putanja, smer kretanja i ugaoni pomeraj- .
Ugaoni pomeraj je ugao izmeĎu početnog - 0 i krajnjeg - položaja radijus
vektora. Uglovi se izražavaju u radijanim (rad).
* ugaoni pomeraj je bezdimenziona fizička veličina.
Vektor ugaonog pomeraja se poklapa sa osom rotacije, a smer je odereĎen
pravilom desnog zavrtnja.
constr
rad
73
22
s r
r r
00
3,572
3601
rad
ako se izvrši rotacija za pun ugao,
posmatrana tačka je prešla put
jednak obimu kružnice 2 r
definicija radijana
036012 obrtajpunrad
Svaka tačka na radijus vektoru će,
za isti interval vremena t , preći isti ugao ,
ima smisla definisati novu fizičku veličinu koja reprezentuje
brzinu rotacuje tela- .
t
t t
[] =rad/s
radijan u sekundi
d
dk
t
z
𝑘
(linijske)
Veza izmeĎu periferijske (tangencijalne , linijske)
brzine v i ugaone brzine
s r
t 0 t 0lim lim
sr r
t t
v
v r v r
Periferijska- v i ugaona brzina- pri rotacionom kretanju
z
r
r'∆s
v
v
radijana u s2
r
1
2v2
v1
r'
z
kt
d
d
2s
rad
s
s
rad
][
][][
t
𝑘
Ravnomerno (uniformno, jednoliko) rotaciono kretanje
Preiferijska brzina v ima stalan intenzitet, v=const.
Ugaona brzina ima takoĎe konstantan intenzitet
0
const
0
0
tt
, , 0 t 00
tza
t 0
t
t
t
{
=0+ t
= t
0
r
0
početni ugao- 0 i krajnji ugao - koji zauzima
vektor položaja -radijus vektor.
Ravnomerno kružno kretanje je periodično kretanje, a
period rotacije ili period obrtanja – T je vreme potrebno da
radijus vektor (telo) opiše pun krug od 2 rad . Polazeći od definicije ugaone brzine, možemo zapisati:
Jedinica [ T ] =s
ugaoni pomeraj za:
pun krug − 𝜙 = 2𝜋 rad, 𝑛 obrtaja− 𝜙 = 2𝜋𝑛 rad
Sledeći pojam koji ćemo uvesti je linearna frekvencija ili samo
frekvencija, ili učestanost rotacije- f ili (ni),
obrnuto je srazmerna periodu obrtanja T =>
Frekvencija je broj obrtaja u jedinici vremena:
Telo u toku vremena t načini n obrtaja.
2
t T
brzina
v r
2 rv
T
; n
f f Hzt
sTTn
nf
11
2period - T
1f
T
Herz
1 Hz je učestanost periodične pojave čija perioda iznosi 1s.
dim f = T-1 sT
Hzf1
111
nf f Hz
t
2 1min 21
min 60 60
obr rad rad
obr s s
22 f
t T
2min
60
obf
rad
s
Kod periodičnog kretanja : ugaona ili kružna frekvencija
s
radobr?
min1
Označavanje broj obrtaja u min, i broj obrtaja u sekundi, je u
širokoj upotrebi za učestanost rotacije obrtnih električnih mašina.
2 1min 21
min 60 60
obr rad rad
obr s s
Primer: Ventilator rotira brzinom koja odgovara frekvenciji 900 obrta u minuti. Izračunati ugaonu brzinu i učestanost rotacije (ili frekvencija)? n = 900 obrta t=1min
Frekvencija je broj obrtaja u jedinici vremena:
22 f
t T
30 min
rad obf
s
900 900 = = 900 = 15 15
1min min 60
n obr obr obr obrf Hz
t s s
900 94,230
rad rad
s s
Ugaona brzina
2 2 15 Hz=94,2rad
fs
Kod periodičnog kretanja :
ugaona ili kružna frekvencija
Primer
Točak poluprečnika r =1m rotira stalnom ugaonom brzinom
=30rad/s.
Koliki je period rotacije točka?
s
m30 rv
20,209 sT
Kolika je tangencijalna brzina tačaka na periferiji točka?
(periferijska brzina)
Primer
Dužina minutne kazaljke nekog časovnika je rm=1,2m, a
časovne rh =1m. Kolike su ugaone brzine kazaljki, kao i
brzine njihovih vrhova?
Tmin=60min=3600s, Th=12h=12·60min= 12· 3600s=43200s
32 rad rad1,744 10
3600 s sm
t
42 rad rad1,45 10
12 3600s sh
3m
m2,093 10
sm mv r
4 m1,45 10
sh h hv r
Ravnomerno ubrzano kružno kretanje
const
0
0
0
=
0
t t t
t s
t 0
20
2
1tt
220
2
Ugaono ubrzanje je ima konstantan intenzitet
t
t
t
0{
=0 t
t2
=0+ t
= t
=2
t2
2
2
2
1
20
2
20
0
tt
t
Ravnomerno usporeno kružno kretanje
s
rad294
s
rad
60
29000 ,
2
0
[ ] [ ] 2
75 2 rad2
rad n ob
tt
00 t 0
t
20
0 75 2 rad2
ttt
00 75 2 rad
2
tt
Primer Ventilator rotira brzinom koja odgovara frekvenciji 900 obrta u minuti. Posle isključenja motora ventilatora, rotacija se ravnomerno usporava pri čemu do zaustavljanja ventilator naparavi 75 punih obrtaja. Koliko će vremena proći od momenta isključenja motora ventilatora do potpunog zaustavljanja?
0
2 75 2 rad10st
0 75 2 rad2
t
f=900 obr/min ,
n=75
=0 rad/s
=acp
r0
r0
Radijalno i tangencijalno ubrzanje pri rotacionom kretanju
Ravnomerno kružno kretanje – normalno(centripetalno) ubrzanje
v=const
ravnomerno
d
d
va
t
s
rad1 t
2
2222
s
m1,0 r
r
r
r
van
2
m0,05
sa r
2
42242222
s
m110,rrraaa n
Primer:
Disk poluprečnika r = 10 cm započinje rotaciju oko sopstvene ose iz stanja relativnog mirovanja sa konstantnim ugaonim ubrzanjem =0,5 rad/s2.
Koliko je tangencijalno, a koliko radijalno i koliko je totalno ubrzanje po isteku druge sekunde od početka kretanja?
http://www.tehnikum.edu.rs/predmeti/0003/
Dodatni materijal/kinematika.pdf
92
Intenzitet centripetalnog ubrzanja
Koliko je centripetalno ubrzanje automobila
ako je
poluprečnik kružnog toka 500 metara, a
brzina automobila 25 m/s?
Uporediti ovo ubrzanje sa ubrzanjem
Zemljine teže.
ac= v2/r=1,25 m/s2
ac / g = 1,25/9,80=0,128 automobil u kružnom toku
93
Intenzitet centripetalnog ubrzanja
Čestica se nalazi na 7,50 cm od
ose rotacije ultracentrifuge koja
pravi 75000 obrtaja u minuti.
Odrediti odnos centripetalnog
ubrzanja i gravitacionog. r= 7,50 cm 75 000 obr /min ac= r =(0,0750m)(7854rad/s)2
=4626377=4,63 ∙ 106 m/s2
ac / g = 4,72 ∙ 105 472 000 gravitacionog ubrzanja
ultracentrifuga
2 1min75000 7854
min 60
obr rad rad
obr s s