Luvun 2 esimerkit
Transcription
Luvun 2 esimerkit
Luvun 2 laskuesimerkit Esimerkki 2.1 Gepardi lähtee juoksemaan 20 metrin päässä olevasta havaitsijasta poispäin kohti havaitsijasta 50 metrin päässä olevaa antilooppia hetkellä t = 0. Ensimmäisen kahden sekunnin aikana gepardin paikan saa kaavasta x = 20 + (5.0 / 2 )t 2 . m ms s a) mikä on gepardin siirtymä aikavälillä t = 1.0 − 2.0 ? b) mikä on sen keskimääräinen nopeus tällä aikavälillä? c) mikä on sen hetkellinen nopeus hetkillä t = 1.0 ja t = 2.0 ? s m s ms s m s m ms s m Siirtymä ∆x = x2 − x1 = 40 m − 25 m = 15 m. a) t1 = 1.0 , x1 = 20 + (5.0 / = 25 2 2 2 t2 = 2.0 , x2 = 20 + (5.0 / )(2.0 ) = 40 . 2 b) Keskimääräinen nopeus: Vav = x2 − x1 t2 − t1 = )(1.02 )2 m = 15 m/s. s 15 1.0 s Hetkellinen nopeus, derivoidaan nopeuden yhtälö: d (20 m + 5.0 m/s2 t 2 ) dt d 2 = 5.0 m/s2 · (t ) = 5.0 m/s2 · 2t dt Eli vx = 10.0m/s2 · t . Ajanhetkellä t1 = 1.0s : vx 1 = 10.0m/s2 · 1.0 s = 10 m/s. Ajanhetkellä t2 = 2.0s : vx 2 = 10.0m/s2 · 2.0 s = 20 m/s. vx = dx dt = Huom: nopeuden keskiarvo: vx + vx2 2 = (10 + 20) 2 s m = 15 m/s = vav . Esimerkki 2.2 ms Huru-ukko ajaa vakionopeudella va = 15 / tiellä, jossa nopeusrajoitus on koululaisten vuoksi 30km /h . Huru-ukon perään lähtee poliisi, joka kiihdyttää tasaisesti ap = 3 / 2 . Milloin ja missä poliisi tavoittaa huru-ukon auton? Mikä on tällöin poliisin nopeus? ms Tarvittavat kaavat ovat nyt v = v0 + at ja 1 2 x = x0 + v0 t + at 2 ms Huru-ukon auto liikkuu vakionopeudella, joten v = va = 15 / sekä xa = 0 + va t + 0 = va t . Poliisille puolestaan vp = 0 + ap t ja xp = 0 + 0 + (1/2)ap t 2 . Poliisi tavoittaa huru-ukon kun xp = xa , eli 1 2 ap t = va t 2 eli hetkellä t=2 va ap =2· 25 3.0 m s2 = 10 s. sm ms s Kuljettu matka: xp = xa = 15 / · 10 = 150 Poliisin nopeus: vp = 3.0 / 2 · 10 = 30 / . ms s ms m. Esimerkki 2.3 Pallo heitetään suoraan ylöspäin katon reunalta. Pallon alkuvauhti on 15.0 / , se nousee lakikorkeuteen ja tippuu vapaasti alas ohittaen katon reunan juuri ja juuri a) Mikä on pallon paikka ja nopeus 1.0 ja 4.0 s heiton alusta? b) Mikä on pallon nopeus on kun se on 5.00 m katon yläpuolella? c) Mikä on pallon lakikorkeus? d) Mikä on pallon kiihtyvyys lakipisteessä? Nyt siis v0y = 15.0 / ja ay = −g = 9.80 / 2 . y = 0 vastaa heittokohtaa, positiivinen suunta ylöspäin. a) y = y0 + v0y t + (1/2)ay t 2 = 0 + v0y t − (1/2)gt 2 . ms ms ms vy = v0y + ay t = v0y − gt . t = 1.0 s : y = 15.0 m/s · 1.0 s − (1/2) · 9.80 m/s2 · 1.02 s2 = 10.1 m vy = 15.0 m/s − 9.80 m/s2 · 1.0 s = 5.2 m/s (ylöspäin) s s Vastaavasti t = 4.0 : y = 15.0 / · 4.0 − (1/2) · 9.80 / 2 · 4.02 2 = −18.4 vy = 15.0 / − 9.80 / 2 · 4.0 = −24.2 / (alaspäin) ms ms ms s ms s ms m b) Kaavasta ?? saadaan: vy2 = v02y + 2ay (y − y0 ) = v0y − 2gy (y0 = 0). = (15.0)2 2 / 2 − 2 · 9.80 / 2 · 5.0 = 127 2 / 2 vy = ±11.3 / . Huom: kaksi ratkaisua: ensin ylös mennessä vy > 0, alas palatessa vy < 0. m s ms ms m m s c) laella vy = 0, → 0 = v0y − gtmax tmax = v0y g = ms ms s 15.0 / = 1.531 . 9.80 / 2 Sijoittamalla tämä saadaan maksimikorkeus: 1 2 2 ymax = v0y tmax − gtmax m/s · 1.531 s − 12 · 9.80 m/s2 · 1.5312 s2 ymax = 11.5 m. = 15.0 d) Kyseessä on kompakysymys kiihtyvyys on koko ajan ay = −g . Esimerkki 2.4 kaavat määritelmistä a) dv a= x dt → dvx = ax dt Integroidaan tämä puolittain Z vx v0x vx − v0x = Jos ax Z 0 t dvx = Z 0 t ax dt ax dt → vx = v0x + Z t 0 on vakio, v = v0x + ax Z 0 t dt = v0x + ax t . ax dt . b) vx = Z x x0 x − x0 = Jos ax on vakio, → Z 0 t dvx = Z 0 t Z 0 t vx dt vx dt → x = x0 + vx = v0x + ax t . x = x0 + dx dt Z 0 t vx dt . (v0x + ax t )dt = x0 + v0x + 1 2 ax t . 2