Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

10 frågor/svar hittade

Kraft-Rörelse [20075]

Fråga:
Vi ska göra en bergodalbana på ett papper, sätta ut fyra punkter och beskriva krafter, acceleration, G krafter osv på varje punkt. Jag undrar vilka krafter det finns i en loop om den har någon acceleration och + eller minus G krafter och vad det innerbär? och samma frågor i en 90 graders backe. Vi ska helt enkelt beskriva vad som händer.
/Hanna L, varla, göteborg

Svar:
Hanna! Om du kan bortse från friktion finns det två krafter att ta hänsyn till: tyngdkraften och centripetalkraften. Den senare behövs när vagnen svänger.

I fråga 16580 har vi räknat i detalj på en bergochdalbana.
/Peter E

Nyckelord: centripetalkraft [10];

*

Kraft-Rörelse [19946]

Fråga:
"Om jordklotet hade roterat betydligt snabbare kring sin axel skulle alla föremål på ekvatorn kunnat bli avkastade som från en karusell. Hur stor behöver då omloppstiden vara?"

Har problem med hur kraftsambanden i den här situationen ser ut.
/Tim S, KTH (Basår), Stockholm

Svar:
Vi sätter tyngdkraften lika med uttrycket för centripetalkraften:

m*g = m*v2/R

där R är jordradien. Vi får (massan elimineras)

v2 = g*R = 9.81*6378000 = 62568000

v = 7910 m/s = 7.91 km/s

Detta är, som sig bör, samma värde vi fick i fråga 19564 där vi beräknade hastigheten för en satellit i mycket låg bana. Där beräknas även omloppstiden till 84.3 minuter.

Som jämförelse är jordens rotationshastighet c:a 0.5 km/s.

Se även fråga 14923 .
/Peter E

Nyckelord: centripetalkraft [10];

*

Kraft-Rörelse [19564]

Fråga:
Vilken hastighet behöver horisontellt utskjuten kula ha för att stanna i omloppsbana?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Antag att du skjuter med ett gevär, med gevärspipan parallell med marken. Vilken utgångshastighet måste kulan ha för att hamna i en omloppsbana runt jorden på så sätt att kulan träffar dig i huvudet?
/Mattias S

Svar:
För en cirkulär bana med radien r är centripetalkraften mv2/r. Om vi sätter detta lika med gravitationskraften får vi

mv2/r = GmM/r2

v2 = GM/r

v = (GM/r)1/2

Gravitationskonstanden G är 6.674*10-11 (Gravitational_constant ). Övriga data från Planetary Fact Sheets :

Jordens massa: 5.9736*1024 kg
Jordradien: 6.371*106 m

Hastigheten för en cirkelbana vid jordytan blir då

v = (6.674*10-11*5.9736*1024/6.371*106)1/2 = 7911 m/s = 7.911 km/s.

Omloppstiden blir

2*p*r/v = 2*p*6.371*106/7911 = 5060 s = 84.33 minuter.

Se fråga 18350 för alternativa lösningar.
/Peter E

Nyckelord: satellitbana [10]; centripetalkraft [10];

1 http://www.dummies.com/how-to/content/how-to-calculate-a-satellites-speed-around-the-ear.html

*

Kraft-Rörelse [19521]

Fråga:
Ett tåg kör i en kurva med radien 200 m. Inuti en av vagnarna har Bengt hängt upp en liten kula i en tunn tråd. Då tåget kör genom kurvan med konstant fart bildar tråden vinkeln 25° med lodlinjen. Beräkna tågets fart.

Tips! frågan handlar om ''centralrörelse''kap 4 fysik 2.
/Martin A, ProCivitas, Växjö

Svar:
Se fråga 17395 för vad vi anser om räkneuppgifter.

För att illustrera vilka krafter som påverkar kulan har vi lånat en del av figuren i fråga 15990 .

Det är två krafter som tillsammans orsakar nettokraften Fr (de två steckade krafterna i figuren):

1 Spänningen i tråden FF riktad snett uppåt i trådens riktning.

2 Tyngdkraften FG = mg riktad rakt nedåt.

Från triangeln med FF och Fr får man

tan a = Fr/FG

dvs

Fr = tana*FG = tana*mg

Detta är centripetalkraften (se fråga 19066 ) som får kulan att beskriva en cirkelbana runt rotationsaxeln. Vi får

centripetalkraften = tana*mg = mv2/r

dvs

tana*g = v2/r

v2 = r*tana*g [m*m/s2 = (m/s)2]

v = sqrt(200*tan(25)*10) = 31 m/s = 110 km/t



/Peter E

Nyckelord: centripetalkraft [10];

*

Kraft-Rörelse [19066]

Fråga:
Hej!

Har lite problem med en laboration (Fysik B) som går ut på att man ska placera en konjakskupa, alltså ett kupat glas, över en kula. Man ska sedan röra glaset i cirkulära rörelser så kulan börjar snurra inuti glaset för att sedan lyfta upp glaset över bordet och se vad som händer och varför.

När kulan kommer upp i en tillräcklig hastighet för att så att säga "lyftas upp i glaset", letar den sig till läget där glasets diameter är som störst, när konjakskupan lyfts upp fortsätter kulan snurra runt i kupan som tidigare men hastigheten avtar i och med att cirkelrörelserna stoppas och till slut ramlar den ned på bordet.

Hur ska man förklara detta? Det jag tänkt på är följande..

Anledningen till att kulan fortsätter rulla i kupan trots att energi slutas tillföras (snurrningarna avslutas) är pga farten inte avstannar med omedelbar verkan. På samma sätt som en bil inte stannar direkt bara för att gasen släpps. Likt en bil fortsätter kulan att röra sig, dock med minskad hastighet, ända till den står still. Kulan vill egentligen röra sig rakt framåt (Newtons första lag) men i och med att glasets väggar inte tillåter detta behöver kulan hela tiden ändra riktning och bildar då en kraft som trycker kulan ut mot glasets väggar.

Men hur förklarar man faktumet att kulan letar sig till läget där glaset är som bredast i diameter och hur skulle resultatet skiljt sig om det hade varit ett glas där väggarna är okupade? Vad har de kupade väggarna för inverkan på resultatet? Jag förstår att de kupade väggarna gör att kulan håller sig i glaset en längre tid, men hur förklarar man detta fysikaliskt? Har det något att göra med dosering som tas upp i fysikboken (doserade vägar osv)

Hjälper kanske doseringen (de kupade väggarna) till att lyfta kulan och gör att det krävs en mindre kraft för att hålla kulan kvar i sin "bana"?
/Anna B, Åsö gymnasium, Stockholm

Svar:
Anna! Jag ser att du postat frågan även på Flashback med inte fått något svar .

Anledningen att kulan fortsätter ett tag är helt enkelt Newtons första rörelselag (tröghetslagen), se fråga 17040 . Det behövs en kraft för att bromsa upp kulan. Denna kraft är friktionskraften.

Om vi bortser från friktion (utom när vi sätter fart på kulan) och betraktar kulan som liten jämfört med glasets krökningsradie, så är det inte så svårt att få fram ett samband mellan läget på rotationsplanet och kulans hastighet.

Två krafter verkar på kulan: tyngdkraften och normalkraften. Normalkraftens vertikala komposant måste, för att kulan skall rotera i ett konstant horisontellt plan, exakt ta ut tyngdkraften. Normalkraftens horisontella komposant är en centripetalkraft som får kulan att röra sig i en cirkulär bana med konstant rotationshastighet och är riktad mot den cirkulära banans centrum, se Centripetalkraft .

Glaset måste vara krökt för att man skall få en stabil bana. Kulan kan aldrig helt nå planet som går genom krökningscentrum eftersom normalkraften då är horisontell och kan inte skapa en motkraft till tyngdkraften.
/Peter E

Nyckelord: centripetalkraft [10];

1 https://www.flashback.org/p43306585

*

Kraft-Rörelse [18987]

Fråga:
Om ett föremål snurrar på en skiva finns det ju en resulterande kraft riktad in mot rotationscentrum som gör att föremålet behåller sin position i cirkelrörelsen.

Om man då ökar hastigheten, varför glider föremålet av? Borde inte den resulterande kraften in mot centrum bara bli större då och hålla kvar föremålet?

Hur vet man vilken Max hastighet ett föremål klarar av?
/Maria O, Borgarskolan, Malmö

Svar:
Ja, friktionskraften accelererar föremålet in mot centrum så det kan beskriva en cirkelbana. Det är alltså den statiska friktionskraften (se fråga 17307 och 14921 ) som är centripetalkraften.

När den statiska friktionskraften blir mindre än den nödvändiga centripetalkraften rör sig föremålet utåt från centrum. Maximala friktionskraften bestäms av normalkraften som är konstant eftersom den beror av föremålets vikt.

Du kan bestämma den statiska friktionskoeffecienten enligt fråga 17307 . Annars får du helt enkelt mäta vid vilken hastighet föremålet börjar glida.

Observera att det finns ytterligare en friktionskraft riktad i rotationsriktningen eftersom du måste driva skivan så den inte stannar.
/Peter E

Nyckelord: friktion [44]; centripetalkraft [10];

*

Kraft-Rörelse [18900]

Fråga:
Hej! Jag har lärt mig på universitetet i grundläggande mekanikkurser att partiklar som rör sig i cirkelbana endast påverkas av en centripetalkraft som måste utgöras av en annan kraft, och att denna kraft håller kvar partikeln i en ständigt accelererande cirkelbana. Nu under TVÅ olika kurser i kvant-/modern fysik har båda mina föreläsare i dessa kurser hävdat att en laddad partikel (runt atomkärna resp i partikelaccelerator) påverkas av en inåtriktad kraft (pga coulumbkraft resp magnetfält) och en utåtriktad centrifugalkraft och att dessa måste balansera varann... Jag tycker att mina föreläsare i kvant-/ modern fysik har fel, eftersom denna bild inte stämmer med min tidigare. Jag har frågat föreläsarna, vänner, sökt på internet men inte fått något svar på dessa två motsatta förklaringar. Finns det två sätt att se på saken eller har jag missat något? Jag är mycket tacksam för svar! /Hälsningar Maria
/Maria I, Uppsala universitet, Uppsala

Svar:
Maria! Du har rätt i att man klarar sig utmärkt utan centrifugalkraft. Centripetalkraften som kan orsakas av spänningen i ett snöre, ett magnetfält, ett elektriskt fält eller ett gravitationsfält tvingar partikeln att accelereras in mot centrum så att den får en cirkelbana. För att åstadkomma en acceleration a hos en kropp med massan m erfordras en nettokraft F enligt F=m*a. Om du inför en lika stor utåtriktad kraft blir det ingen nettokraft och ingen acceleration.

Du kan införa en centrifugalkraft om du väljer ett koordinatsystem som rör sig med din partikel. Detta är rimligt för att förklara vad som händer inne i en bil som går genom en kurva. För subatomära system är detta val av koordinatsystem inte särskilt praktiskt.

I kvantmekanik använder man sig dessutom över huvud taget inte av krafter utan potentialer. Dessutom kan man inte se elektronerna i atomer som små laddade partiklar som rör sig i banor runt atomkärnan,se fråga 13733 .

Se vidare en detaljerad utläggning om centrifugalkraft i fråga 15272 .
/Peter E

Nyckelord: centrifugalkraft [15]; kvantmekanik [26]; centripetalkraft [10];

*

Kraft-Rörelse [15990]

Fråga:
Varför flyger man utåt om man åker fortare i en karusell som ser ut som Kättingflygaren på Gröna Lund?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Varför flyger man utåt om man åker fortare i en karusell som ser ut som Kättingflygaren på Gröna Lund?
/Johanna

Svar:
Johanna! Karusellen ser ut som den på bilden nedan från Chair-O-Planes .

För att sitsarna med (eller utan) passagerare skall röra sig i en cirkelbana erfordras en kraft riktad mot centrum. Denna s.k. centripetalkraft ges av

Fr = mv2/r

Om rotationshastigheten v ökar ökar radien r och vinkeln a mellan vertikalplanet och kättingen minskar för att centripetalkraften skall öka, se figuren nedan.

Det är två krafter som tillsammans orsakar nettokraften Fr (de två steckade krafterna i figuren):

1 Spänningen i upphängningskedjan FF riktad snett uppåt i kedjans riktning.

2 Tyngdkraften FG = mg riktad rakt nedåt.

Från triangeln med FF och Fr får man

tan a = Fr/FG

dvs

Fr = tana*FG = tana*mg

Men enligt ovan var ju

Fr = mv2/r

dvs

mv2/r = tana*mg

eller

v2 = r*tana*g

Vi ser för det första att sambandet inte beror av massan m.

Om avståndet från rotationscentrum till upphängningspunken är r0 blir radien

r = r0 + l*sina

där l är kedjans längd. Vi får alltså till slut sambandet

v2 = (r0 + l*sina)*tana*g

Vi ser att om hastigheten v ökar så måste även vinkeln a öka. Ekvationen ovan är svår att lösa exakt, men i appleten under länk 2 kan man variera parametrarna och se vad som händer.

Se Slagkraft - Naturvetenskap på Liseberg för mer om Kättingflygaren och andra Liseberg-attraktioner.

Se även Kättingflygare .



/Peter E

Nyckelord: centrifugalkraft [15]; kraft [11]; *nöjesparksfysik [12]; pendel, konisk [2]; centripetalkraft [10];

1 http://www.walter-fendt.de/ph14d/karussellmath.htm
2 http://www.walter-fendt.de/ph14se/carousel_se.htm

*

Kraft-Rörelse [15272]

Fråga:
Jag undrar vilka krafter som verkar på mig när jag sitter på en bänk i en cirkelformad karusell som snurrar, och vilken riktning de har.

Så vitt jag förstår finns det dels en acceleration in mot cirkelns mitt, och också en centrifugalkraft. Vilken riktning har centrifugalkraften? Finns det även en friktionskraft som gör att man hålls kvar och inte slungas av karusellen?
/Axel K, Fyrisskolan, Uppsala

Svar:
Hej Axel! En bra och besvärlig fråga. Besvärlig för att man pratar om en väldig massa krafter hit och dit. Det fall du frågar efter - att du sitter still på karusellen - är inte så svårt om man bara resonerar korrekt.

Det viktiga är vilket koordinatsystem du vill arbeta i. Det är helt upp till dig att välja detta - normalt väljer man ett system som gör problemet så enkelt som möjligt. Det finns två koordinatsystem som är av större intresse än andra:

1 Ett system där du är i vila. Eftersom detta måste röra sig i en cirkel med karusellens rotation, så är detta ett accelererat system (icke inertialsystem).

2 Ett system utanför karusellen. Detta system befinner sig i vila (vi kan bortse från jordens rörelse) och är alltså ett inertialsystem (icke accelererande system).

I båda systemen påverkas du av en gravitationskraft m*g riktad nedåt. Denna balanseras av en motkraft från golvet. Så vertikalt är nettokraften noll och alltså ingen acceleration.

I system 1 påverkas du av en centrifugalkraft riktad ut från centrum (systemet är ju inget inertialsystem). Eftersom du befinner dig i vila i förhållande till system 1 behövs en kraft som kompenserar centrifugalkraften. Det är friktionskraften eller den motkraft som bänken ger.

I system 2 rör du dig i en cirkel, dvs du accelereras hela tiden in mot karusellens centrum. Kraften som åstadkommer accelerationen är samma friktionskraft vi hade i system 1, men eftersom system 2 är ett inertialsystem så finns ingen centrifugalkraft som kompenserar friktionskraften. Friktionskraften (riktad mot karusellens centrum) orsakar en acceleration som får dig att beskriva en cirkelrörelse.

Svenska Wikipedia säger om centrifugalkraft (centrifugalkraft ):

Centrifugalkraft är en term vilken kan referera till två olika krafter vilka är relaterade till rotation. Båda är riktade ifrån rotationscentrum men de objekt vilka de verkar på är olika.

1 En reell eller "reaktiv" centrifugalkraft uppträder som en reaktion på en centripetal acceleration som verkar på en massa. Denna centrifugala kraft är till storleken lika med den centripetala kraften men riktad från rotationscentrum och verkar på det objekt vilket orsakar den centripetala accelerationen.

2 En pseudo eller "fiktiv" centrifugalkraft uppträder när en roterande referensram används for analys. Accelerationen (den sanna) av referensramen ersätts med en (fiktiv) centrifugalkraft som påverkar alla objekt och är riktad från rotationscentrum.

1 är alltså kraften (reaktionskraften till centripetalkraften) som verkar utåt på din hand om du snurrar en tyngd som sitter på ett snöre.

2 är den fiktiva kraften man känner om man befinner sig inne i ett system som utför en cirkelrörelse.

Hoppas detta var begripligt. Kom ihåg att det är endast i icke-inertialsystem (accerererade system) du behöver involvera fiktiva krafter som tröghetskrafter och centrifugalkrafter.

Se diskussion under länk 1 och fråga 3160 där karusellåkaren inte sitter stilla.
/Peter E

Se även fråga 3160

Nyckelord: centrifugalkraft [15]; *nöjesparksfysik [12]; centripetalkraft [10];

1 http://fragelada.fysik.org/forum/display_message.asp?mid=769

*

Kraft-Rörelse [13934]

Fråga:
Hur beräknar man perioden för en konisk pendel?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hur kommer man fram till formeln:

T = 2*p*Sqrt[(cos(a)*l)/g]

Hos en cirkulär pendel...

Tack!
/John B, Tengbergsgymnasiet, Broviken

Svar:
Du menar nog konisk pendel, se nedanstående figur. Vi har en vikt med massan m upphängd i en tråd med längd l. Vikten sätts i rotation så att tråden sveper ut en kon, därav namnet. För att räkna ut rotationsperioden gäller det bara att balansera krafterna.

Två krafter verkar på vikten: spänningen i tråden t och tyngdkraften mg. Dessa två krafter är inte i balans, utan det återstår en horisontell komponent av t (Fc ) riktad mot rotationscentrum. Detta är centripetalkraften som får vikten att beskriva en cirkelrörelse. Den vertikala komponenten av t skall ta ut tyngdkraften mg. Om omloppshastigheten är v är centripetalkraften

Fc = m*v2/r (1)

Perioden T, som vi söker blir

T = (cirkelns omkrets)/hastigheten = 2pr/v (2)

Från jämvikt och geometri får vi:

t*cos(a) = mg (3)

t*sin(a) = m*v2/r (4)

r = l*sin(a) (5)

Eliminering av t genom division (4)/(3) ger

tan(b) = v2/r2*(r/g) (6)

Insättning av värdet på v/r från (6) i (2) och användning av (5) ger slutligen efter lite förenkling:

T = 2p*Sqrt[(cos(a)*l)/g]

Se även pendel, plan .


Nyckelord: pendel, konisk [2]; centripetalkraft [10];

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7179 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-09-20 12:13:24.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.