Kraft och rörelse

Från Wikiskola
Hoppa till navigering Hoppa till sök
Uppgift
En kluring

En häxa, ett troll, en smart norrmannn och en svensk befann sig på toppen av ett höghus. De bestämde sig för att tävla om att komma först ner.

Häxan flög ner, trollet hoppade och den smarte norrmannen tog hissen. Svensken tog trapporna. Vem kom först ner?

Svensken.

Varför då?


Krafter åt flera håll

Projicera rutnätet för att rita vektorer

Övningar

Nok-logga croppad fr bild sv wikipedia.jpg NoK Heureka Fysik 1: Sidorna 246-250

Använd rutat papper (kvadratiska rutor). Det kan kopieras från bilden till höger.

Öva på att

  • addera krafter grafiskt och algebraiskt
  • dela upp krafter i komposanter

Träna också på att använda simuleringen ovan där du kan läsa av vinklar och storlekar på vektorerna.

Cosinussatsen är användbar

Cosinussatsen

Triangle ABC with Sides a b c.png [math]c^2=a^2+b^2-2ab\cos C ,\,[/math]

Krafter i jämvikt

2004MINICooperS-001
PLM 2011 64 Jetalliance Lotus
Lance Armstrong

2012 DA14

En asteroid som nästan kolliderade med jorden. Det är tankeväckande som introduktion till detta avsnitt om kraft och rörelse..

Krafter: Newtons tre kraftlagar

Newtons tre kraftlagar. CC By

v 40 neXus FYSIK A: Sidorna 54-62.

Newton

Newton kuinde bygga vidare på Keppler mfl och förklara fysiken bakom planeternas banor.

Krafter

Newtons första lag'

Ett föremål förblir i vila eller fortsätt röra sig rakt fram om inga krafter verkar på det.

Om det finns friktion så upphör ju en rörelse men tänk på planeterna som rör sig i sina banor utan att stanna.

Khan Academy har filmer om Newtons lagar. Klicka på nästa så kommer Newtons andra osv.

Newtons andra lag

F = ma
F är kraften, m är massan och a är accelerationen
Om ett föremål påverkas med kraften F kommer det att accelereras med a.

Forces in 1 Dimension
Click to Run

Enheten Newton

Tyngdkraft

F = mg

Newtons tredje lag

lagen om kraft och motkraft
Om en sak A påverkar en annan sak B med en kraft 
så på verkar B A med en lika stor kraft i motsatt riktning


Simulering av planeter i banor

Planeter, månar och satelliter påverkas av gravitationskrafter och kan hamna i omloppsbanor. Nedanstående simulering visar hur.

Hur funkar det?

Om man skickar en raket rakt ut i rymden så kommer den att fortsätta med konstant fart hur längesom helst eller tills den kommer in i något gravitationsfält.

Planeter i ett solsystem har en ömsesidig påverkan på varandra genom gravitationskrafterna. Den enkla modellen med två kroppar i simuleringen visar hur den lättare kroppen hamnar i omloppsbana runt den tyngre planeten.

En satellit påverkas hela tiden av dragningskraften från jorden. Dragningskraften får satelliten att ändra riktning efter som kraften hela tiden är riktad mot jordens centrum.

Uppgift
Testa satelliten

Pröva vad som händer om du startar simuleringen med två kroppar.

med utgångsinställningarna hamnar den mindre planeten (som en satellit) i omloppsbana runt den större planeten (jorden).

Ändrta nu till ett stort värde på hastigheten för satelliten. Då far den ut i universum.

Ändra till ett litet värde. Då kraschar den mot jorden.

Om man tänkte sig att man kunde skjuta iväg satelliten (snett uppåt) med olika hastigheter från jordens yta (helst utan luftmotstånd) så får man tre fall:

  1. låg hastighet ger en kastbana och satelliten landar på jorden igen.
  2. hög hastighet och satelliten övervinner jordens dragningskraft och skjuter ut i rymden på en fri resa.
  3. lagom hastighet innebär att satelliten påverkas av jordens dragningskraft och är på väg att landa men samtidigt hinner så långt ut att den "missar" jorden. Den fortsätter att fara förbi jorden, påverkas av dragningskraften och samtidigt missa jorden. Då hamnar den i omloppsbana. Så länge det inte finns något luftmotstånd kommer satelliten att fortsätta i sin omloppsbana.


Lektion 10 - Gravitationskraft

En kloss i vila på på ett lutande plan. CC By

v 40

neXus FYSIK A: Sidorna 63-69.

Dagens tre formler finns i formelsamlingen på sidan 44.

Gravitationskraften

F = G * m1*m2/r2
där G är en konstan, m är de två massoerna 
och r är avståndet mellan massorna.

Titta gärna på Wolfram Alpha som räknar ut kraften mellan jorden och månen så enkelt så.

Fin simulering: [http://www

.nowykurier.com/toys/gravity/gravity.html klicka här]. Fick den av Nils. tack!

Annan simulering nedan.

Gravity Force Lab
Click to Run

Lutande planet

En kloss ligger på ett lutande plan. Den hålls på plats av friktionen. Eller så är det en skäjtbårdåkare som står på taket och håller i ett rep. Nåväl, här kommer en demo i GGB.

GeoGebra Dynamisk arbetsbok

21 April 2013, Skapat med GeoGebra

Filen finns här: kloss på lutande plan

Uppgift
skapa en GGB själv

Använd denna ofärdiga fil

http://www.geogebratube.org/material/show/id/36091


Rörelsemängd och Impuls

Rörelsemängd och energi är bevarade vid stötarna i Newtons vagga.

Rörelsemängd

Rörelsemängden är massan * hastigheten.

Rörelsemängd betecknas vanligen med [math]\mathbf{p}[/math] och är en vektor och rörelsemängden kan då skrivas

[math]\mathbf{p}= m \mathbf{v}[/math]

där:

[math]\mathbf{p}[/math] är rörelsemängden (vektor)
[math]\ m[/math] är massan (skalär)
[math]\mathbf{v}[/math] är hastigheten (vektor)

Wikipedia skriver om rörelsemängd

Impuls

Impuls är Kraft * tid = förändringen av rörelsemängden. 8enkelt uttryckt)

En impuls ändrar rörelsemängden för ett objekt. En impuls beräknas som integralen av kraft med avseende på tid där integrationsintervallet är impulsens varaktighet:

[math]I=\int F\,dt[/math]

[math]F = \frac{dp}{dt}[/math]

erhålls

[math]I=\int\frac{dp}{dt}\,dt[/math]
[math]I=\int dp[/math]
[math]I=\Delta\ p[/math]

Wikipedia skriver om Impuls

En egen undersökning

Vi utvecklar laborationen i Kraft och rörelse p så sätt att ni får välja en del och planera en undersökning som ni genomför, dokumenterar och presenterar på lämpligt sätt.

Undersök exempelvis:

Hur man ritar grafer i GeoGebra
  • friktionstalet ändras beroende på objektets form eller anläggningsyta
  • en boll som rullar på ett lutande plan. variera lutningen. Stämmer det med teorin.
  • en kloss som glider på ett lutande plan. Stämmer det med teorin.

Mät massor, krafter, sträckor och tider och dokumentera nog.

  1. skapa en tabell med varierade och uppmätta värden, exempelvis h och t
  2. dela i Drive med medarbetarna
  3. rita en graf
  4. kurvanpassa i GeoGebra
  5. fundera över sambandet
  6. planera ett nytt experiment om det behövs
  7. rita figur
  8. jämför med teori och formler
  9. förklara och redovisa

Utför beräkningar på lektionen och hemma.

Skicka in dina preliminära slutsatser.

Få respons av en kamrat.

Slutredovisa genom att presentera dina resultat för klassen.

12B - filmer för analys

Välj någon av de rullande sakerna i filmen.

Filmen med rullande föremål
Filmen på DropBox

Ladda ner filmen till din dator.

Välj något filmprogram:

  • iMovie
  • Photoshop
  • Tracker (Open source program för videoanalys)

Skapa en tabell med värden för läge och tid. Du kan exempelvis stega dig far m filmen genom att visa den i Quicktime på din dator.

Rita en st-graf.

Skapa vt- och at-grafer.

Fundera över om alla bollar och cylindrar borde ha samma acceleration. jämför med den teoretiska accelerationen. Mät på flera föremål. Identifiera skillnader och avvikelser.

Räkna ut potentiell och kinesiska energi och jämför dessa. Vad är skillnaden. Varför finns det en skillnad?

Läs gärna i den underbara fria läroboken College Physics. kapitel tio är ganska bra för den med ambitioner.

Använda Tracker

Instruktion till Tracker

Tracker Introduction. Av Rhett Allain. Creative Commons.

Instruktionshäfte för lärare

Konvertera filmen till Quicktime om den inte redan är det.
Ladda ner här: https://www.cabrillo.edu/~dbrown/tracker/
Läs om Tracker.
Vid javaproblem på Mac - Gör så här. Eller gå till http://java.com
För att det ska funka var det någon inställning av Quicktime som hade med 64 bitar att göra.
Importera filmen
Exempel Fallande tennisboll
Lägg till koordinatsystem
Skapa kalibreringsmåttband (knappen till höger om axlarna)
Skapa en spårbar punkt: Klicka Spår Ny - Masscentrum
Döp den gärna
Kicka Slidern och sedan Auto trycker och markera
För att lyckas markera ska man Ctrl-Shift-klicka
Start
Ett annat trick som man inte ser så lätt är att klicka på det lilla x:et på y:axeln för att fälja att plotta andra saker som v-t eller a-t-grafer.

Lär dig analysera film med fysik

Loop the Loop Pepsi

Gruppövningar

  • kaströrelse, kommer bollen att gå i?
  • Någon hävarm, vektorer
  • Pendelrörelse med hastighetsvektorer
  • Svängning i fjäder, cosinus
  • Stakningsfilmer
  • Impuls och kollisioner
  • Rullande hjul med punkt på
  • Mannen som springer i en loop, centripetalacceleration
  • Studsmatte-OS, g-krafter
Uppgift
Redovisa de förövningar som blev bra.

Lägg filmerna på Youtube och länken i Progress

Övningar och projekt

Här är en samling exempel på vad man kan göra med Tracker

  1. Fallande boll
  2. Kast med liten boll
  3. Pendel
  4. Tyngd svänger i en fjäder
  5. Linjaler
  6. Kolliderande bollar
  7. En volt
  8. Human Loop the Loop
  9. Trampolinhopp
  10. Längdskidåkning från en MakerDay på Stadion

Mer om videoanalys

The Physics of Fake Videos
Direct Measurement Videos

Andra fysiksimuleringsprogram

Top Five Physics Simulation Tools

A-uppgift rullande saker

Mätvärden rullexperiment.png

Fundera och förklara varför mätvärdena skiljer sig. Läs kapitel 10 i College Physics så hittar du svaren.

Projekt i Fysik 1 Kraft och rörelse

Gravity errors

Kolla slidesen

Felix Baumgartner

Inbäddat’'

Felix Baumgartner - Fysikens hopp

Länkar Felix Baumgartner

Felix baumgartner på Wikipedia
Red Bull Stratos
Baumgartner tech
http://www.wired.com/wiredscience/2012/10/the-physics-of-the-red-bull-stratos-jump/
http://www.jimmo.org/the-physics-of-the-felix-baumgartner-jump/

En presentation av Fysiken bakom

Så här ser en presentation ut som gjordes av TEINF11 och TE11 vårterminen 2012, ett tag efter hoppet.

Elevers presentation av Fysiken i Felix hopp
Uppgift
Vi ska göra en presentation tillsamans

Innan ni börjar vill jag att ni loggar in på Google. Ni kan logga in med ett Youtubekonto eller vilken Googletjänst som helst. Det gör at man ser vem som skriver vad.

Här finns arbetsdokumenten på Drive:

Länk til lDrive för TE12A
Länk till TE12 B:s dokument


'’’TEINF11:s och TE11:s presentationer



Bedömning

bedömningen sker på CI 3-4.

Övrigt

Tänkvärt: What if? Vad händer om en jättediamant faller mot jorden?

Sammanfattning och repetition

v 41

neXus FYSIK A: Sidorna 75-78.

Diverse i slutet kapitlet

neXus FYSIK A: Sidorna 79-81.

Fundera och diskutera

Prova själv

Berg- och dalbanor

Krockar

Repetition inför prov Newtonmekanik (kapitel 1 o 2)

Lösningar till diagnoser och prov

APU-repetition

  • Genomgång av provet de gjorde själva, version 1
  • Delar ut provet i version 2 som de får öva på. Lösningar finns ovan.
  • Titta igenom alla lösningar ovan,
  • Sedan exempel och uppgifter att öva på enligt ovan
  • En bunt stenciler med sammanfattningar, repetitioner, enhetsomvandling, formelmanipulationer, etc.

Extra Simulering ramp

The Ramp nedan skulle vara bra men den funkar för närvarande inte på min dator.

The Ramp
Click to Run

Film

Extra

Fysik för under fem Euro Fasta nyckeln och gemet. Gausskanonen.

Prov och bedömning Värme kraft och rörelse

Prov: Värme krafto ch rörelse version 1.1
Länk till Drive
Det facit som vi använde