Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 21. 08. 2009 16:18

matoxy
Místo: Lučenec/Martin
Příspěvky: 443
Reputace:   
 

Priklady z Feynmana - pole a energie

Zdravím, študujem cez prízdniny Feynmanove prednášky z fyziky, konkrétne to české vydanie, kde sú aj riešené príklady (preložil Ivan Štoll).
S niektorými príkladmi si tam neviem rady. Vedeli by ste to niekto vysvetliť?
Ak by ste to náhodou niekto mali doma, tak budem písať aj čísla príkladov.

PR. 14.5
Kulová slupka s poloměrem 0,5m je rovnomerne nabitá na potenciál $10^6V$. Určte její náboj.


Nechápem asi dobre pojmu potenciál. Nie je potenciál niečo ako miera potenciálnej energie telesa vzhľadom na nejaké iné teleso, telesá?

PR. 14.9
Ohebný kábvel délky L a lineární hmotnosti M kilogramú na meter je přehozen přes kladku, jejž hmotnost a polomer sú zanedbatelne malé. Také tření v kladce lze zanedbat. V počátečním okamihu je kábel v rovnováze, z níž je vyveden slabým zatáhnutím za jeden konec. Delší část kabelu začne nabývat převahy a kabel začne se zrychlením zklouzávat z kladky. Najdete rychlost kabeluv okamžiku, kdy jeho konec opouští kladku.


Viem to vyriešiť pomocou energií a tak je to riešené aj v knihe, ale zaujímalo by ma riešenie pomocou síl.

Ja som to skúšal riešiť tak, že som si povedal, že ak niektorí koniec káblu prevísa o malý kúsok $\Delta l$, je jeho zrýchlenie $a=\frac{lkg-kg(l+\Delta l)}{M}$, kde k je konštanta ktorá vyjadruje že hmotnosť m časti kábla je lineárne závyslá od jeho dĺžky; l je dĺžka časti kábla ktorá je rovnaká aj na pravej aj na ľavej strane. Zrýchlenie a pri nejakej konkrétnej dĺžke $\Delta l$ potom bude: $a=-\frac{\Delta lkg}{M}$

Rýchlosť keď bude dĺžka $\Delta l$ rovná dĺžke L by sa dala podľa mňa vypočítať: $v=\int_{0}^{L}adl=\frac{kL^2}{2M}$

Tento môj výsledok však nesúhlasí s tým ktorý dostanem pomocou energií. Kde som spravil chybu?


You know who
(or maybe not)

Offline

 

#2 21. 08. 2009 22:07

Kondr
Veterán
Místo: Linz, Österreich
Příspěvky: 4246
Škola: FI MU 2013
Pozice: Vývojář, JKU
Reputace:   38 
 

Re: Priklady z Feynmana - pole a energie

k prvnímu: asi bych tam doplnil, že sféru nabijeme tak, aby potenciál libovolného bodu uvnitř (a libovolného bodu sféry) byl V, přičemž potenciál 0 mají body v nekonečnu. Více zde: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hb … otsph.html


BRKOS - matematický korespondenční seminář pro střední školy

Offline

 

#3 21. 08. 2009 22:31 — Editoval Kondr (21. 08. 2009 23:31)

Kondr
Veterán
Místo: Linz, Österreich
Příspěvky: 4246
Škola: FI MU 2013
Pozice: Vývojář, JKU
Reputace:   38 
 

Re: Priklady z Feynmana - pole a energie

Nechť vzdálenost středu kabelu od kladky v čase t je l(t), jeho zrychlení v čase t je a(t). Pak platí
$a(t)=\frac{gM(L+l(t))-gM(L-l(t))}{LM}=\frac{2gl(t)}{L}$ (tvoje $\delta l$ je u mě 2l(t) a moc jsem nepochopil význam tvého k, ale +- se zatím shodneme).
Abychom ale získali rychlost, nelze integrovat přes délku, musíme přes čas.
Z rovnice $a(t)=\frac{2g}{L}l(t)$ máme $l(t)=C\sinh(\sqrt{\frac{2g}{L}}t)$, derivací $v(t)=\sqrt{\frac{2g}{L}}C\cosh(\sqrt{\frac{2g}{L}}t)$. Proto
$v^2(t)-\frac{2g}{L}l^2(t)=C^2$, dosazením za $l(t)=L/2$ dostáváme $v(t)=\sqrt{gL/2+C^2}$. C je přitom úměrné počáteční rychlosti, když ho necháme jít k nule dostaneme $v(t)=\sqrt{gL/2}$


BRKOS - matematický korespondenční seminář pro střední školy

Offline

 

#4 22. 08. 2009 00:31

LukasM
Příspěvky: 3274
Reputace:   193 
 

Re: Priklady z Feynmana - pole a energie

↑ matoxy:
To k sis tam zavedl opravdu dost nešťastně. Že je hmotnost lineárně závislá na délce to je určitě pravda, ale konstantou úměrnosti je právě to M. Prostě metr lana váží M, délka L váží ML. K tomu integrování (co a podle čeho).. Já se vždycky snažím uvědomit si, že integrál je součet, a pak zkontroluju jestli sčítám něco co má smysl sčítat. Zrychlení*dráha smysl nedává.

Jinak když už se podaří vyjádřit sílu jako funkci posunutí kabelu, tj. $F=2Mgl$ (l - aktuální posunutí), tak se taky nechá jednoduše vypočítat práce té síly (pro vysunutí od 0 do L/2). Tzn. $W=\int_0^{L/2}F dl=2Mg\int_0^{L/2}l dl=\frac{MgL^2}{4}$ Pak už tuhle práci stačí přirovnat kinetické energii $E_k=\frac12MLv^2$ a je hotovo. Nevím teda jestli to splňuje ten požadavek nepočítat přes energie.

↑ Kondr:
To tvoje řešení mně zajímá. Přiznám se, že mám v matematice mezery a ty úpravy s hyperbolickejma fcema nechápu. Mohl bys mně jen trochu nakopnout jak ses dostal k tomu sinh? Z čeho plyne že to tak je?

Offline

 

#5 22. 08. 2009 11:54

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Priklady z Feynmana - pole a energie

Zdravím vás,

Potenciál nabité slupky se rozebíral také ve studijních materiálech FO– část „Elektrostatika“

K 2. zadání – měla jsem takovou zjednodušenou představu, ale jeden přechod se mi nezdá úplně „slušný“, tak to můžete posoudit a zkritizovat.

Nahradila jsem kabel 2 závaži (hmotnost závaží je m=polovina hmotnosti kabelu) spojených závěsem bez hmotnosti. Ze stavu rovnovahy do pohybu se soustava uvede po přesunu kable o $\Delta l$ (s ohledem na přímou úměru o $\Delta m$). Ve svém modelu jednému závaží uběru $\Delta m$, druhému závaží stejnou $\Delta m$ pridam.

Newton zákon pro závaží, které padá dolu: $(m+\Delta m)g-F=(m+\Delta m)a$
pro stoupací: $-(m-\Delta m)g+F=(m-\Delta m)a$
(F – sila odporu závěsu)

Odsud $\Delta mg=ma$. A zde je ten přechod, který se mi nějak nezamlouvá – v okamžiku, před úplným přechodem stoupajícího závaží přes horní bod systému $\Delta m=m$, proto zrychlení $a=g$. Dal už je jen dosazování do vzorce $\frac L2 = \frac{at^2}{2}$.   

Nevím, zda tento přechod mohu považovat za slušný – s ohledem na poslední výchovu od kolegy Olina o stavu „před“ a „po“. Ale tady řeším stav "před", tak se mi ten model nezdá být úplně nemožný. Nebo je nemožný?

Sbírku mám odsud: http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/phy … ctures.htm konkrétně sbírka úloh číslování je stejné, ale řeč je tradiční.

Dávala jsem ještě odkaz na záznam přednášek - project TUVA (mám úž dvě hotovo, trochu to zasekává), jsou i anglické titulky, což je výhoda, ale běží to jen pod určitým OS.
---------
abych to stihla ještě před poledném, tak tradičně: Я переделал много дел, едва с постели встать успел. а текст от А. Суханова

Offline

 

#6 22. 08. 2009 13:20 — Editoval Kondr (22. 08. 2009 14:07)

Kondr
Veterán
Místo: Linz, Österreich
Příspěvky: 4246
Škola: FI MU 2013
Pozice: Vývojář, JKU
Reputace:   38 
 

Re: Priklady z Feynmana - pole a energie

↑ jelena: Zrychlení zde není konstantní (bude to nějaký hyperbolický sinus), takže nevím, co nás opravňuje k použití vztahu $\frac L2 = \frac{at^2}{2}$, pokud nechceme použít zákon zachování energie, který říká, že nezáleží na tom, jaké bylo zrychlení, ale jen o kolik spadlo těžiště.

↑ LukasM:Řešením diferenciální rovnice $a(t)=\frac{2g}{L}l(t)$ je $l(t)=C_1e^{\sqrt{\frac{2g}{L}}t}+C_2e^{\sqrt{\frac{2g}{L}}t}$, z počáteční podmínky $l(0)=0$ máme $C_1=-C_2$. Proto $l(t)=C_1e^{\sqrt{\frac{2g}{L}}t}-C_1e^{\sqrt{\frac{2g}{L}}t}=C\sinh(\sqrt{\frac{2g}{L}}t)$ (přímo z definice). Dál využívám vztahů $(sinh(x))'=cosh(x)$, $(cosh(x))'=sinh(x)$ a $cosh^2(x)-sinh^2(x)=1$ (všechny jsou i na wiki a dokázat je z definičních vztahů by mělo být snadné).

EDIT: konstanty přejmenovány


BRKOS - matematický korespondenční seminář pro střední školy

Offline

 

#7 22. 08. 2009 13:40

lukaszh
Místo: Bratislava
Příspěvky: 2314
Reputace:   37 
 

Re: Priklady z Feynmana - pole a energie


"The mathematical rules of the universe are visible to men in the form of beauty."
John Michel

Offline

 

#8 22. 08. 2009 13:49

LukasM
Příspěvky: 3274
Reputace:   193 
 

Re: Priklady z Feynmana - pole a energie

↑ Kondr:
Díky moc. Problém byl v tý dif. rovnici, to zatím neumím, tak mi nedošlo že to v tom mám vidět - někde se podívám na detaily. Definici hyperbolických funkcí znám, a ty ostatní vztahy jsou proto jasné.

↑ jelena:
Ty Newtonovy zákony jsou napsaný správně, ale dost nepřehledně. Síla působící na celý to těleso se dá jednoduše určit jako rozdíl tíhových sil působících na jednotlivé poloviny, tj. $F=(m+\Delta m)g-(m-\Delta m)g=(2m)a$ (to 2m je hmotnost celýho tělesa).
Ten výsledek tě potom opravdu opravňuje k tvrzení, že v okamžiku kdy lano sklouzne je jeho zrychlení g. To ale není žádné překvapení a šlo to napsat rovnou - lano je v tu chvíli už "obyčejné" těleso v tíhovém poli, a padá tedy s konstantním zrychlením g (potom se zrychlení už měnit nebude). Předtím se ale měnilo, jak už psal Kondr. Tvůj vztah proto nebude fungovat. Vyjde ti z něj čas který uplyne od doby kdy lano přepadne, do doby kdy spadne o další L/2.

Offline

 

#9 22. 08. 2009 14:11

Kondr
Veterán
Místo: Linz, Österreich
Příspěvky: 4246
Škola: FI MU 2013
Pozice: Vývojář, JKU
Reputace:   38 
 

Re: Priklady z Feynmana - pole a energie

↑ lukaszh:Jo, máš pravdu, upravil jsem to pojmenování konstant.


BRKOS - matematický korespondenční seminář pro střední školy

Offline

 

#10 22. 08. 2009 14:37

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Priklady z Feynmana - pole a energie

Děkuji všem za reakce :-)

moc velký komentář nebude - na co poukazujte, byly právě takové díry v mém modelu, co jsem zhruba čekala (hlavně nekonstantní zrychlení, zkušela jsem z toho svého návrhu vytvořit něco, co by se dalo integrovat po dt, ale nic se mi nepodařilo, tak jsem toho nechala). Použila jsem okamžité zrychlení na závěr dopadu s vazbou na okamžitou rychlost na závěr dopadu - pravda, nemohu použit vzorec pro drahu s konstantním zrychlením. Ostatní je také srozumitelné.

Plyne z toho ovšem ponaučení: "Nepokoušejme se řešit hrubou sílou to, co se dá snadno zdůvodnit zákony zachování"

Mějte se pěkně :-) já se vydám doučovat v realu (bez komentáře).

Offline

 

#11 23. 08. 2009 15:28

matoxy
Místo: Lučenec/Martin
Příspěvky: 443
Reputace:   
 

Re: Priklady z Feynmana - pole a energie

Ďakujem za odpovede:)

↑ Kondr:

celkom síce nerozumiem ako sa rieši tá dif. rovnica, ale hlavne z tej matematickej stránky, po fyzikálnej je mi to myslím jasné, aj to kde om spravil chybu.

↑ LukasM:
To s tým k je mi už tiež jasné ako to bolo myslené. A to s tou prácou je celkom pekné riešenie, taký kompromis.

↑ jelena:

do knihovničky FO ma nenapadlo pozrieť, z tade to hádam pochopím:)


You know who
(or maybe not)

Offline

 

#12 23. 08. 2009 17:18

Kondr
Veterán
Místo: Linz, Österreich
Příspěvky: 4246
Škola: FI MU 2013
Pozice: Vývojář, JKU
Reputace:   38 
 

Re: Priklady z Feynmana - pole a energie

↑ matoxy:Tahle diferenciální rovnice není těžká, pokud zná člověk teorii. Proto se mi ji nechtělo řešit ve fyzikální sekci nějak podrobně, pokud tě způsob řešení ODR zajímá ttak tady na fóru najdeš spoustu příkladů, návodů, odkazů ...


BRKOS - matematický korespondenční seminář pro střední školy

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson