Στιγμιαίος άξονας με ελάχιστα Μαθηματικά.

Η χρήση του στιγμιαίου άξονα θέλει κάποια προσοχή.
Το θέμα αντιμετωπίζεται χωρίς πολλά Μαθηματικά.

Συνέχεια:

Πως πρέπει να χτυπήσουμε τη μπίλια;

Οι μπίλιες απέχουν απόσταση 30cm.

Ο συντελεστής τριβής μεταξύ τσόχας και μπίλιας είναι 0,5.

Οι τριβές μεταξύ μπίλιας και μπίλιας να αμεληθούν.

Θέλουμε η κόκκινη να «αναχωρήσει» με ταχύτητα 1m/s , ενώ η πικέ να παραμείνει ακίνητη.

Πως πρέπει να χτυπήσουμε την πικέ;

Το χτύπημα να γίνει στο ίδιο ύψος με το κέντρο.

Μην βιαστείτε και απαντήσετε ότι όπως και να χτυπήσουμε την πικέ θα έχουμε ανταλλαγή ταχυτήτων.

Αν η πικέ περιστρέφεται κατά την κρούση θα δράσει επ’ αυτής δύναμη τριβής και αυτή θα κινηθεί προς τα εμπρός ή προς τα πίσω.

Συνέχεια:

Γιατί το «να κόβεις δρόμο» είναι καλό…

Αρκεί να μην χαθεί το μονοπάτι…

Μόνο για Καθηγητές.

Μια ράβδος ΑΒ κινείται οριζόντια σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Σε μια στιγμή το άκρο Α, έχει ταχύτητα μέτρου υ₁=1m/s, όπως στο σχήμα. Την ίδια στιγμή το σημείο Β, το οποίο απέχει από το Α κατά (ΑΒ)=1m, έχει ταχύτητα υ₂ η οποία σχηματίζει γωνία 45^ο με τον άξονα της ράβδου.

Να βρεθεί η ταχύτητα, τη στιγμή αυτή, του σημείου Γ, αν (ΑΓ)=3m;

Απάντηση:

ή

	Γιατί το «να κόβεις δρόμο» είναι καλό…

Κεντρομόλος και επιτρόχιος επί ράβδου

Η λεπτή ομογενής ράβδος του σχήματος έχει μάζα 12 kg και μήκος 2m.

Βρίσκεται σε λείο οριζόντιο επίπεδο και συνδέεται με αβαρείς ράβδους με το σημείο Ο περιστρέφεται περί αυτό με γωνιακή ταχύτητα 2 rad/s.

Βρείτε τις δυνάμεις που οι αβαρείς ράβδοι ασκούν στην ράβδο.

Αυτές έχουν ίδιο μήκος και είναι κάθετες μεταξύ τους.

Είναι προφανές το ότι το Ο απέχει από το κέντρο μάζας της ράβδου απόσταση όση το μισό της υποτείνουσας-ράβδου, δηλαδή 1m.

Συνέχεια:

Η πίεση και οι εκδοχές της. Από τον Galileo στον Einstein.

Η πίεση και οι εκδοχές της. Από τον Galileo στον Einstein.
Η συνέχεια στο Εδώ.

Χρονικά μεταβαλλόμενο πεδίο ταχυτήτων με τον νόμο Bernoulli εν ισχύ

Μια κυλινδρική δεξαμενή έχει εμβαδόν βάσης Α₁ και ύψος H. Κοντά στην βάση της υπάρχει μικρή τρύπα εμβαδού Α₂, η οποία φράσσεται με τάπα. Η δεξαμενή είναι γεμάτη με ιδανικό ασυμπίεστο υγρό πυκνότητας ρ. Κάποια στιγμή απομακρύνουμε την τάπα αφήνοντας το υγρό ελεύθερο να κινηθεί.

1)      Να υπολογίσετε την ταχύτητα του υγρού αμέσως έξω από την οπή σε συνάρτηση με την απόσταση που έχει κατέβει η ελεύθερη επιφάνεια του υγρού.

2)      Να συγκρίνετε το αποτέλεσμα με το θεώρημα Torricelli

3)      Να εξετάσετε αν η ροή μπορεί να θεωρηθεί μόνιμη καθ’ όλη την διάρκεια της εκροής.

Η λύση σε Word και σε pdf.

Πεδία ταχύτητας και πιέσης σε κόλουρο κώνο

Θεωρούμε ένα τμήμα ενός δικτύου ύδρευσης, το οποίο έχει σχήμα κόλουρου κώνου. Οι βάσις του έχουν ακτίνες R₁ και R₂ και το ύψος του είναι H. Θεωρούμε επίσης ότι η ροή είναι αστρόβιλη. Έστω υ₁ και p₁ η ταχύτητα και η πίεση του υγρού στο κέντρο της μικρής βάσης. Ζητάμε να υπολογίσουμε την πίεση και την ταχύτητα σε όλη την έκταση του υγρού. Για λόγους απλότητας θεωρούμε ότι η ροή παρουσιάζει συμμετρία στροφής ως προς τον άξονα συμμετρίας του κώνου.

Απάντηση σε Word και pdf

Σε πόσο χρόνο θα αδειάσει η σύριγγα;

Η σύριγγα του σχήματος έχει μήκος L και εμβαδόν διατομής Α και περιέχει ιδανικό υγρό πυκνότητας ρ.

Το άνοιγμα έχει εμβαδόν διατομής A/λ  και το έμβολο έχει αμελητέα μάζα.

Προκειμένου να αδειάσουμε την σύριγγα, ασκούμε στο έμβολο σταθερή οριζόντια δύναμη F.

Να υπολογίσετε:

         i.            i)Την ταχύτητα του εμβόλου ως συνάρτηση της μετατόπισης του.

       ii.            ii) Tο χρονικό διάστημα που απαιτείται για να αδειάσει η σύριγγα.

      iii.            iii)Tην κατανομή πιέσεων κατά μήκος της σύριγγας.

     iv.            iv) Tην δύναμη που ασκεί το τοίχωμα της σύριγγας στο υγρό.

llsss  Θεωρήστε ότι η σύριγγα βρίσκεται εκτός πεδίου βαρύτητας.

          Θεωρήστε επίσης αμελητέα την κύρτωση των ρευματικών γραμμών κοντά στο τοίχωμα που βρίσκεται το άνοιγμα.

H      Η απάντηση σε word και σε pdf

Συμμετρικά σημεία σε κυκλώματα

Συνέχεια:

Το πλάτος στην εξαναγκασμένη ταλάντωση. Κάποια λάθη.

Πρόκειται για την συνέχεια της:

"Η μέγιστη ταχύτητα στην εξαναγκασμένη ταλάντωση"

Συνέχεια:

Στερεό, κρούση, στροφορμή, ταλάντωση

Στο λείο οριζόντιο δάπεδο ταλαντεύεται η σανίδα του σχήματος που έχει μάζα 2kg.

Το πλάτος της ταλάντωσης είναι 2m.

Όταν βρίσκεται στην θέση ισορροπίας της ταλάντωσης πέφτει κατακόρυφα μία μπάλα μάζας 10kg και ακτίνας 10cm με ταχύτητα 5m/s.

Ο συντελεστής τριβής μεταξύ μπάλας και σανίδας είναι 0,1.

Οι παραμορφώσεις των σωμάτων είναι ελαστικές και η σανίδα δεν αναπηδά στο δάπεδο.

Βρείτε την γωνία ανάκλασης της μπάλας και το νέο πλάτος ταλάντωσης της σανίδας.

Δίδεται ότι η επιτάχυνση της βαρύτητας έχει την συνήθη ασκησιακή της τιμή.

Απάντηση:

Θα υπάρξει ολίσθηση;

Ένα σώμα Α μάζας m αφήνεται να κινηθεί πάνω σε σανίδα μάζας Μ. Ο συντελεστής οριακής στατικής τριβής μεταξύ σώματος Α και σανίδας είναι μ=0,8∙εφφ, όπου φ η κλίση του λείου κεκλιμένου επιπέδου, ενώ το κεκλιμένο επίπεδο είναι λείο.

i) Στο πρώτο σχήμα η σανίδα συγκρατείται από εμάς και αφήνεται ταυτόχρονα με το σώμα Α.

ii) Στο δεύτερο σχήμα, η σανίδα ηρεμεί στο άκρο ελατηρίου.

Θα υπάρξει ολίσθηση του σώματος Α πάνω στη σανίδα τη στιγμή που αφήνεται να κινηθεί και αν ναι, σε ποια περίπτωση;

Απάντηση:

ή

 Θα υπάρξει ολίσθηση;

Νόμος του Poiseuille για σωλήνα.

Μια μόνιμη και στρωτή ροή πραγματικού ρευστού.

Έστω σε ένα οριζόντιο σωλήνα, κυλινδρικού σχήματος, ακτίνας R και μήκους , έχουμε μια μόνιμη και στρωτή ροή, ενός πραγματικού ρευστού με συντελεστή ιξώδους n.

Η ροή ονομάζεται μόνιμη, αφού σε κάθε σημείο, η ταχύτητα έχει μια συγκεκριμένη τιμή ανεξάρτητη του χρόνου και στρωτή,  αφού ναι μεν η ταχύτητα είναι διαφορετική στα διάφορα σημεία μιας τομής, αλλά μπορούμε να διακρίνουμε στρώματα με μια ορισμένη ταχύτητα, όπου το ένα κινείται παράλληλα στο άλλο.

Θα μελετήσουμε την δυναμική της ποσότητας του ρευστού που περικλείεται σε ομοαξονικό κύλινδρο ακτίνας r. Στο σχήμα έχουν σχεδιαστεί οι δυνάμεις F₁ και F₂, λόγω πίεσης από τις διπλανές ποσότητες ρευστού και η δύναμη εσωτερικής τριβής Τ, η οποία ασκείται σε όλη την παράπλευρη επιφάνεια του μικρού κυλίνδρου. Για τα μέτρα των δυνάμεων έχουμε:

Διαβάστε τη συνέχεια:

ή

	Νόμος του Poiseuille για σωλήνα.
	Νόμος του Poiseuille για σωλήνα.

Οι ρευματικές γραμμές είναι τροχιές των υλικών σημείων του ρευστού ή όχι;

Μελετώντας την κίνηση ενός ρευστού κατά Lagrange ενδιαφερόμαστε για την περιπέτεια κάθε ξεχωριστού αλλά τυχαίου υλικού σημείου του ρευστού. Άλλωστε σε αυτό θα εφαρμόσουμε τον θεμελιώδη νόμο της δυναμικής.

Σχεδόν σε αντιδιαστολή με τον Lagrange ο Euler κάνει θεωρία πεδίου. Αδιαφορεί για την περιπέτεια κάθε υλικού σημείου και ενδιαφέρεται για την κατανομή των ταχυτήτων των σημείων του ρευστού στο χώρο και τον χρόνο.

Με τους δύο παραπάνω ισοδύναμους τρόπους μελέτης της κίνησης ενός ρευστού είναι συσχετισμένα δυο διαφορετικά είδη καμπυλών. Οι τροχιές των υλικών σημείων του ρευστού και οι δυναμικές γραμμές του πεδίου.

Στην παρούσα εργασία αποδεικνύεται ότι στην μόνιμη ροή οι δύο γεωμετρικές έννοιες ταυτίζονται.

Η παρούσα εργασία δεν θα είχε πραγματοποιηθεί αν σήμερα δεν ξεφύλλιζα δύο εργασίες ( εδώ και εδώ  του Βαγγέλη του Φινδανή, το οποίο και ευχαριστώ..

Συνέχεια σε Word και σε pdf

Μόνιμη και μη μόνιμη στρωτή ροή.

Η ανάρτηση είναι μόνο για καθηγητές. 

Στο διπλανό σχήμα εμφανίζονται οι ρευματικές γραμμές για μια στρωτή και μόνιμη ροή νερού, το οποίο ας θεωρήσουμε ιδανικό ρευστό, εντός ενός οριζόντιου σωλήνα. Έστω κατά μήκος μιας  ευθύγραμμης ρευματικής γραμμής ένας άξονας x. Στη θέση x=0, η πίεση είναι p₀=2∙10⁵Ν/m², ενώ η πυκνότητα του νερού είναι ρ=1.000kg/m³.

i)   Αν η ταχύτητα ροής του νερού κατά μήκος του άξονα δίνεται από την εξίσωση υ=1+2x (S.Ι.), να υπολογιστούν η ταχύτητα και η επιτάχυνση ενός σωματιδίου νερού, καθώς και η πίεση στη θέση x=2m.

ii)  Αν η ροή δεν είναι μόνιμη, αφού η ταχύτητα σε κάθε θέση x, δίνεται από την εξίσωση υ=1+2x+0,2t (S.Ι) να βρεθούν:

α) Η ταχύτητα και η επιτάχυνση ενός σωματιδίου ρευστού στη θέση x=2m σε συνάρτηση με το χρόνο.

β) Η πίεση στη θέση x=2m σε συνάρτηση με το χρόνο.

Απάντηση:

ή

	Μόνιμη και μη μόνιμη στρωτή ροή.

Ιδανικά ασυμπίεστα ρευστά

Το συνημμένο αρχείο είναι το αποτέλεσμα της προσωπικής μου μελέτης στην προσπάθειά μου να καταλάβω την μηχανική των ρευστών. Ουσιαστικά πρόκειται για μετάφραση μέρους του πρώτου κεφαλαίου του βιβλίου «Fluid Mechanics» των L.D. Landau & E.M. Lifshitz.

Συνέχεια σε word και pdf

Η εικόνα που ακολουθεί απεικονίζει τις ρευματικές γραμμές σε ένα αρχικά ακίνητο ρευστό μέσα στο οποίο κινείται μια σφαίρα.

Δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ τροχαλίας και νήματος ή ιμάντα που την περιβάλλει

Όλοι είμαστε εξοικειωμένοι με προβλήματα, όπου ένα αβαρές μη εκτατό νήμα ή εύκαμπτος ιμάντας περιβάλλει μια τροχαλία, δίσκο, κλπ. και δημιουργεί ένα σύνδεσμο κίνησης αν δεν ολισθαίνει, ή έστω μια σύζευξη ανάμεσα σε δύο σώματα, μεταφέροντας ενέργεια από το ένα στο άλλο. Το σύστημα «τροχαλίες / ιμάντας» αποτελεί, ένα από τα συνηθισμένα συστήματα μετάδοσης κίνησης.

Σε όλες τις περιπτώσεις θεωρούμε ότι το νήμα ή ο ιμάντας ασκεί στην τροχαλία δύο «τάσεις» εφαπτομενικά στα σημεία που έρχεται σε επαφή με αυτήν και προφανώς αυτή που είναι ομόρροπη προς την περιστροφή προσφέρει ενέργεια στην τροχαλία, ενώ η άλλη αφαιρεί. 

Με ποιο μηχανισμό ασκούνται όμως αυτές οι δύο «τάσεις»; Δεν πρόκειται για άκρο τεντωμένου νήματος δεμένου σε σώμα. Το νήμα δεν είναι δεμένο στην τροχαλία, απλά την περιβάλλει, βρίσκεται σε επαφή με την περιφέρειά της.

ΣΥΝΕΧΕΙΑ ...

Το Σώμα η Ράβδος και η Επαφή τους…

Η παρούσα ανάρτηση αναφέρεται στις προϋποθέσεις που πρέπει να ισχύουν ώστε ένα σώμα μάζας m όταν βρίσκεται πάνω σε μια ράβδο να χάσει την επαφή του με αυτή όταν το σύστημα αφεθεί ελεύθερο να κινηθεί. Κατόπιν αν σε κάποιο στάδιο κατά τη διάρκεια των κινήσεων των σωμάτων της ράβδου και του σφαιριδίου μπορεί το σφαιρίδιο m να συναντηθεί με τη ράβδο και υπό ποιες προϋποθέσεις επιτυγχάνεται αυτό.

Απάντηση:

 

 

Ολίσθηση σφαίρας σε ημισφαίριο

Από το χείλος ενός στερεωμένου ημισφαιρίου, μια σφαίρα ακτίνας r αφήνεται ελεύθερη να κινηθεί όπως στο σχήμα

Στην αρχή η κίνηση της σφαίρας είναι ολίσθηση και κάποια στιγμή μετατρέπεται σε κύλιση χωρίς ολίσθηση.

Να αποδείξετε ότι, για αρκούντως μεγάλες τιμές του συντελεστή τριβής μεταξύ των υλικών της σφαίρας και του ημισφαιρίου,  η ενέργεια που μετατρέπεται σε θερμική είναι αμελητέα.

Εισαγωγή

Η διερεύνηση του παραπάνω προβλήματος γίνεται με αφορμή το θέμα Δ1 των πανελλαδικών εξετάσεων του 2015.

Είναι γνωστό ότι, ανεξαρτήτως της τιμής του συντελεστή τριβής, αφήνοντας την σφαίρα στο σημείο Α, υπάρχει ένα χρονικό διάστημα στο οποίο η σφαίρα ολισθαίνει μέχρι να ικανοποιηθεί η συνθήκη κύλισης υ_cm=ωr.

Διαισθητικά περιμένουμε ότι αυξανομένου του συντελεστή τριβής το χρονικό διάστημα και το διανυόμενο τόξο αποκατάστασης τείνουν στο μηδέν καθιστώντας το μοντέλο «από την πρώτη στιγμή κυλίεται χωρίς να ολισθαίνει» σχεδόν αποδεκτό.

Υπάρχει ένας προβληματισμός σχετικά με την ενέργεια που μετατρέπεται σε θερμική κατά την διάρκεια της αποκατάστασης: Αυξανομένου του συντελεστή τριβής αυξάνεται το μέτρο της τριβής και μειώνεται το μήκος του διανυόμενου τόξου. Από πρώτη ματιά είναι απροσδιόριστο το γινόμενο τριβή x απόσταση.

Περισσότερα

Οι μετατοπίσεις σε μια ελαστική κρούση και το cm.

Σε λείο οριζόντιο επίπεδο κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση δύο σώματα με μάζες m₁=2kg, m₂=3kg και ταχύτητες υ₁=10m/s και υ₂=5m/s. Σε μια στιγμή συγκρούονται μετωπικά και ελαστικά. Θεωρούμε ότι η ελαστική αυτή κρούση, προσομοιάζεται με την αλληλεπίδραση των δύο σωμάτων, μέσω ενός ελατηρίου, σταθεράς k=3.000Ν/m και φυσικού μήκους l₀=1m, όπου το ελατήριο αυτό είναι προσαρμοσμένο στο πίσω μέρος του σώματος m₂, πάνω στο άλλο άκρο του οποίου προσπίπτει το σώμα m₁.

Να υπολογιστούν οι μετατοπίσεις των δύο σωμάτων στη διάρκεια της κρούσης.

Απάντηση:

ή

Οι μετατοπίσεις σε μια ελαστική κρούση και το cm.