Sipelgas grammofoniplaadil

Sipelgas seisab pöörleva grammofoniplaadi serval. Kui suure jõuga peab ta plaadist kinni hoidma, et mitte minema lennata?

Pöörlemine

Pöörlemismudel

Pärselt, nii see on!

Kaks küsimust või siis natuke rohkem

1) Hokikepp kohtub 0,02 sekundiks 250 g massiga litriga, mis libiseb minema kiirusega 40 m/s. Kui suur on litrile mõjuv jõud? Kui suur on kepile mõjuv jõud? Kas litri libisemistee mahub hokiväljakule ära või tuleb enne peatumist poordipõrge? Jää-litter hõõrdetegur on 0,05.

2) Kosmonaut hõljub vabalt oma kosmoselaevast 4 m kaugusel. Kosmonaudi mass koos varustusega on 100 kg, kosmoselaeva mass on 5 t. Kuna takistusjõud puuduvad, hakkab kosmonaut gravitatsioonijõu toimel laeva poole liikuma. Kui kaua võtab aega esimese sentimeetri läbimine? Kui palju liigub samal ajal kosmoselaev? Kui suureks kasvavad kiirused selle ajaga ja millised on kiirendused?

Kangi reegel

Tom ja John kannavad vahepuus lõvi. Puu pikkus on 4,5 meetrit, mass on 8 kg ja selle raskuskese on Johnist 1,5 m kaugusel. Lõvi, massiga 80 kg, on seotud Tomist 2,1 meetri kaugusele. Kui suure jõuga rõhub kandam Tomi ja kui suure jõuga Johni õlale?

Impulsi jäävus

Miks kaaluta?

Laboris...

Kinos nagu elus?

Elus nagu kinos?

Bruce McCandless II vabalt kosmoses. Kuidas ta koju tagasi saab?

Hõõrdumine ja töö

Tehnoloogiat

Hõõrdumine ja töö

Eriti ilus ja pidulik

Aga midagi kaasaegsemat ja igapäevasemat?

Trebuchet

Tee ise, aga kui teed, tee hästi!

33000 jõunael-jalga minutis

Eesti keeles vs inglise keeles.

Arvutame jõudu

1) 10,2 kg kahurikuul saavutas 2,1m pikkuses kahuritorus kiiruse 200m/s. Loeme kiirenduse kogu lasu ajal ühtlaseks. Kui suur on kuuli kiirendus ja kui suur püssirohugaaside tõukejõud?

2) Kiirusega 27km/h liikuv tramm pidurdab järsult, rattad blokeeruvad (ei veere). Tramm libiseb rööbastel enne peatumist 15m. Trammi mass on 15t. Kui suur on pidurdusjõud? Kui suur on hõõrdetegur?

Elastsus

Hooke'i seadus

Kas elastsusjõud on potentsiaalne või dissipatiivne?

And Now for Something Completely Different

Golfipalli põrge. OK, see ei olnud päris aus.

Stick-slip

Üks pisiasi hõõrdumise mehhanismis.

Jõnksuv liikumine

Klaasimuusika, ainult üks näide. Või siiski? See teine näide on veel lahedam. Ja kolmas.

Miks on selle teema juures tektooniliste laamade pilt?

Lihtsad mudelid

Loodusteaduslikud mudelid põhikoolile.
Teiste hulgas hõõrdumise mudel väikese lapilise koera näitel.

Hõõrdetegurid inseneridele

Katseta

 

1) Vaata, millise kodutöö Clifford Stoll ükskord andis oma kaheksandikele Tänupüha vaheajaks.

Give me a graph!

2) Leia kodust või kust iganes mingi ajas muutuv protsess. Kui ei leia, tee ise.

3) Nuputa välja, kuidas saab seda ajalist muutust mõõta. Mõõda ja märgi üles (salvesta).

4a) Tee graafik (muutus-aeg). Võib joonistada paberile, papile, liivale, vanadele paberkottidele jm. Võib kasutada tabelarvutuse, matemaatika, statistika, graafika jm rakenedusi (programme). Salvesta või pildista.

4b) Proovi, kas saad oma leitud või leiutatud protsessi kirjeldada analüütiliselt, st valemite või arvudega.

5) Kirjuta selges eesti keeles kolm kuni viis lauset. Millist protsessi jälgisid, kuidas eksperimendi korraldasid ja mis välja tuli (järeldus)?

6) Laadi Moodlesse. Füüsika 2, klassi võti: 11Eklass.

Vaata seda?

Cavendishi kiituseks

Tervis kaaluta olekus

Keha kaal

Zero-g Vale, vale, vale! Mis see g siin üldse passib?

Kosmoses ei ole gravitatsiooni. JAMA. Kui kosmoses ei ole gravitatsiooni, mis siis Kuu minema ei lenda, Newtoni I seaduse järgi ühtlaselt ja sirgjooneliselt?

Mass [kg]

Nüüd võtame lisaks pikkusele (l, s, r, d, a jne) ja ajale (t) jutuks ka massi (m).

Mass ja kaal!

Schiehallion,

how a Scottish mountain weighed the planet

Schiehallion, in Perthshire, is what's often referred to as a whaleback ridge. The mountain runs from east to west – the north and south slopes are extremely steep – with a tricky, precipitous west slope marking the head, and a much longer, gentler eastern slope marking the tail, up which most hikes are attempted.

In the summer of 1774, the United Kingdom's Astronomer Royal, Nevil Maskelyne, stood on the side of a Scottish mountain contemplating something far more profound than the view. He was trying to work out exactly how much the Earth weighed.

Minge Hiiumaale!

Maa kaalumine

γ = 6,67428 × 10⁻¹¹  m³ kg⁻¹ s⁻²

Maa

r = 6371km
M = 5,9736 × 10²⁴ kg

Henry Cavendish 1731 – 1810

• Kui suure jõuga tõmbuvad  kaks 1 kg massiga keha ühe meetri kauguselt? Kirjelda, kui suur see jõud on.
• Kui suure jõuga tõmbuvad kaks 10000 tonnise massiga laeva 100 meetri kauguselt? Kas laevade gravitatsiooniline tõmbumine on piisav, et neid paigast liigutada? Reegel 2, punkt b)
• Kui suure gravitatsioonijõuga mõjutavad teineteist kaks 45-kilogrammise massiga pliikuuli, mille masskeskmed paiknevad teineteisest 20 cm kaugusel? Võrdle seda jõudu raskusjõuga, mis mõjub ühele kuulile. Miks peavad kuulid olema pliist?

Cavendish experiment

Aga miks, Hando, Anu ja Üllar?

Mis on põhiküsimus või peaülesanne?

Miks inimesed ei saa, kui nad märjaks saavad, ennast kuivaks raputada nagu koerad?

Ei, nii tõsiseks ei tasu minna.

Mida teeb väike laps Newtoni seaduste järgi, kui talle midagi ebameeldivat käe külge kleepub?

Miks inimesed ei saa, kui nad märjaks saavad, ennast kuivaks raputada nagu koerad?

Newtoni seadused

Inerts ja tung (jõud)

1. Seo tükk niiti tooli külge ja vea pikkamisi. Tool nihkub edasi. Äkitselt tõmmates katkeb niit. Mispärast? Seepärast ja toopärast.
2. Pane pabeririba laual seisva veeklaasi või mõne teise väiksema asja alla ja tõmba äkki ära. Mida paned tähele ja kuidas seda seletada? Tõmba pikkamööda - mida märkad siis? Võib-olla seda, aga kindlasti mitte toda. Ja muidugi nii ka mitte.
3. Kui raudteerongid kiirel sõidul kokku põrkavad, purunevad vagunid. Mispärast?
4. Miks pole võimalik rongi piduriga enne õnnetust peatada?
5. Millest on tingitud maavärisemise hävitav (purustav) toime?
6. Kui sõiduk äkki liikuma hakkab, langevad reisijad tahapoole. Äkilisel seismajäämisel toimub vastupidine nähtus. Mispärast?
7. Mispärast tuleb tolm kloppimisel või raputamisel riietest välja?
8. Kui veega täidetud klaasi äkki liikuma või seisma panna, läheb vett üle ääre. Mispärast ja kuhu poole?
9. Me teame, et Maa pöörleb oma telje ümber läänest itta. Mispärast langeme meie maapinnalt üles hüpates samale kohale tagasi, aga mitte üleshüppamiskohast lääne poole?
10. Kuhu poole tuleb liikuvalt sõidukilt maha hüpata, et mitte maha kukkuda?
11. Mispärast koputatakse varre pihta, kirvest või luuda varre otsa pannes?
12. Mispärast ei saa raudteerongi järsku seisma ega liikuma panna?
13. Kastega on kergem niita kui kuivaga? Kuidas seda seletada?
14. Mispärast õunad puu raputamisel maha langevad?
15. Tagaajamisel on kasulik suuna äkilise muutmisega end kaitseda. Mispärast?
16. Miks roomad sagedasti katkevad, kui hobune äkitselt tõmbab?

E. Klikson J. Lang
Füüsika gümnaasiumi I ja II klassile
Tartu Eesti Kirjastus 1943

Bill Nye

Asjad ei liigu, kui neid ei liigutata? Boxes 6:35

Ketšup

Kuidas saab peaaegu tühjast ketšupipudelist kätte selle viimase lusikatäie? Selleks ei ole küll vaja füüsikat õppida. Kas aga oskate seda tegevust seletada Newtoni esimese seadusega?

Newtoni I seaduse järgi säilitavad kehad liikumise (sh paigalseisu) nii suuna kui ka kiiruse mõttes nii kaua, kui teised kehad neid ei mõjuta. Kiiruse ja selle suuna muutus saab toimuda ainult vastastikmõjus teise kehaga ehk siis, kui mõjub mingi jõud.

Ketšupipära on pudeli põhjas. Paneme pudeli liikuma. Pudel saab liikuma hakata ainult vastastikmõjus liigutajaga, ehk siis kui sa pudelile jõudu avaldad.* Ketšup hakkab ka liikuma, sest on vastastikmõjus pudeliga. Liikuma hakanud pudel avaldab ketšupile jõudu, et ta samuti paigalt liiguks. Kui pudel ja ketšup on saanud paraja kiiruse, avaldad pudelile liikumissuunale vastupidist jõudu ja peatad ta äkitselt. Ketšup ei tea, et pudel jäi seisma ja liigub Newtoni I seaduse järgi ühtlaselt ning sirgjooneliselt edasi, st pudelist välja, kui korki peal ei ole.** Seda tegevust nimetataksegi tavakeeles raputamiseks.

Kui nüüd uuesti vaadata Adam Savage teadushariduslikku videot, siis 35 sekundil algab ta juttu kärust ja pallist. Teades Newton I seadust, tekib küsimus, kas pall ikka läheb kärus tahaotsa. Käru suhtes muidugi läheb. Laiemas taustsüsteemis tundub, et hoopis käru läheb, sest poiss avaldab talle jõudu, lihasjõudu. Pall jääb paigale.

---

*Sellest räägib täpsemalt Newtoni II seadus.

** Peatamine on pea alati äkilisem kui startimine. Sellesama ketšupipudeliga võib proovida ka teistpidi. Pudel ja ketšup on taldriku kohal paigal. Horisontaalis, pudelisuu vasakule. Tõmbad pudeli äkitselt paremale, ketšup jääb Newtoni esimese seaduse järgi paigale ja kuna pudel teda enam üleval ei hoia, kukub maha, st taldrikule. Vaevalt et see õnnestub, Newtoni II seadus astub vahele.

Esimene seadus

 Öeldakse, et esimene ei olegi Newtoni oma seadus, vaid Newtoni mehaanika mudelisse tõstetud Galilei inertsiseadus.

Võtame elulise näite. Kuidas saab peaaegu tühjast ketšupipudelist kätte selle viimase lusikatäie? Selleks ei ole küll vaja füüsikat õppida. Kas aga oskate seda tegevust seletada Newtoni esimese seadusega? 

Kolmas, natuke teine

 Kolmas seadus

Jah, kolmas seadus, aga vaata ette!

Newtoni seadused

Hooke, Halley ja Wren istusid kohvikus ja arutasid Kuu trajektoori küsimust. (Miks kohvikus, kes teab?) Kas on võimalik, et seesama jõud, mis õunad puu otsast maha toob ja kohvi tassis hoiab, võiks kuidagimoodi ulatuda Kuuni ja panna ta liikuma elliptilisel trajektooril. Wren õhutas kolleege 30-šillingise preemiaga. Halley läks pärast Newtoni juurede, et asja arutada ja nõu saada. Newton aga ütles, et see küsimus on tal juba lahendatud, kuigi ei leidnud oma pabereid üles. Nii ta võttiski asja uuesti ette ja kirjutas kokku üheksaleheküljelise seletuse, millest varsti kasvas välja üks teadusajaloo tähtsamaid raamatuid, Newtoni „Printsiibid”.

Võib-olla ei olnud päris nii, aga kuna see on hea lugu, siis jääme selle juurde. Igastahes on raamatus kirjas liikumisseadused, mida on nimetatud ka mehaanika põhilauseteks. Neid on kolm ja siin näete neid neljas sõnastuses: A) Newton ladina keeles, B) Newton inglise keeles, C) Natuke kaasaegsemas inglise keeles (valemitega), D) Eesti keeles (üks paljudest variantidest).

Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.

Law I: Every body persists in its state of being at rest or of moving uniformly straight forward, except insofar as it is compelled to change its state by force impressed.

First law: If an object experiences no net force, then its velocity is constant: the object is either at rest (if its velocity is zero), or it moves in a straight line with constant speed (if its velocity is nonzero).

Iga keha säilitab oma oleku kas paigalseisu või ühtlase sirgjoonelise liikumise kujul seni, kuni temale rakenduvad jõud seda olekut ei muuda.


Lex II: Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.

Law II: The alteration of motion is ever proportional to the motive force impress'd; and is made in the direction of the right line in which that force is impress'd.

Second law: The acceleration a of a body is parallel and directly proportional to the net force F acting on the body, is in the direction of the net force, and is inversely proportional to the mass m of the body, i.e., F = ma.

Liikumishulga muutus on võrdeline kehale mõjuva jõuga ning toimub samas suunas mõjuva jõuga.


Lex III: Actioni contrariam semper et æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales et in partes contrarias dirigi.

Law III: To every action there is always an equal and opposite reaction: or the forces of two bodies on each other are always equal and are directed in opposite directions.

Third law: When a first body exerts a force F₁ on a second body, the second body simultaneously exerts a force F₂ = −F₁ on the first body. This means that F₁ and F₂ are equal in magnitude and opposite in direction.

Jõud esinevad ainult paariti: iga mõjuga kaasneb alati niisama suur, kuid vastassuunaline vastumõju.

And Now for Something Completely Different

  

Mis on jõud?

Mis jõud näiteks sulle mõjuvad? Just praegu?

 

Vastus, kui lubate.

Meenuta, otsi, küsi, arvuta!

 

Raadiusvektori projektsioon y-teljele.

1) Pöörelevat grammofoniplaati kirjeldavad füüsikalised suurused, mida igaüks teab?

2) Sedasama plaati ja tema pöörlemist kirjeldavad suurused, mida on võimalik vähese vaevaga välja uurida?

3) Suurused, mida on võimalik 1) ja 2) teadmistest välja arvutada?

Teemade ja mõistete nimekiri (ammendav)

Kulgliikumine.

Mehaanika.

Kinemaatika.

Punktmassi mudel.

Liikumise kirjeldamine.

Analüütiline ja graafiline kirjeldus

Koordinaadid.

Nihe ja teepikkus.

Kiirus ja kiiruse muut.

Kiirendus.

Kiiruse ja kiirenduse ühikud. Teisendused.

Kinemaatika valemid. Liikumisvõrrand.

Liikumisgraafikud.

Vaba langemine kui ühtlase kiirenduse näide.

Heitkeha ja ballistiline trajektoor.

Pöörlemine ja tiirlemine.

Joonkiirus ja nurkkiirus. Periood.

Kesktõmbekiirendus.

Sagedus.

Fermi ülesanne

1) Newton pidi Woolsthorpe'ist Londonisse sõitma, et raamatukogus järgi vaadata, mis ühikutes on Kuu kaugus Maast, mida ta mäletas ainult arvuliselt.
Fermi ise tegi oma ülesandeid nende andmete pealt, mis tal meeles olid. Lootis, et vastused on enam-vähem tõele lähedal. Mitte üle 10 korra mööda, heal juhul isegi ±2 korda.
Raamatukokku oleks temagi saanud minna ja sõpradele helistama ka, aga internetiga oli siis veel kehvavõitu. Meil on palju lihtsam, onju?

2) Arvutage Maa pöörlemise nurkkiirus. Mitu korda see erineb kella tunniosuti nurkkiirusest?

3) Kui suur on Singapuri linna joonkiirus, mis tuleb Maa kiirest pöörlemisest? Kuidas on lugu Tartu linnaga? Millise linna kiirus on kõige väiksem?

4) Kui suured on Kuu tiirlemise nurkkiirus ja joonkiirus? Pange tähele, et ma kasutame siin Newtoni lahkel loal punktmassi mudelit.

5) Kui suur on Kuu pöörlemise nurkkiirus?

Lahendus,

ülesande lahendus.

Suur kell, osutid 17 m ja 22 m

AbrajAl Bait

Esimene pöörlemise ülesanne. Arvuta kellaosutite liikumise (pöörlemise) nurkkiirused. Selleks sobib vaadata peaaegu ükskõik millist kella. Peaaegu tähendab seda, et on olemas veidi teistmoodi kellad või isegi kolmandat moodi.

Teine pöörlemise ülesanne. Arvuta minutiosuti otsa liikumise joonkiirus. Selleks tuleb teada, mis kellast me räägime. Üsna tavaline on võtta näiteks kuulus Big Ben, kus hiljuti lõppes põhjalik remont. Oli aeg ka meil, kui oli poliitiliselt korrektne panna ülesandesse Spasski kella osutid. Pikimat minutiosutit keerutab praegu AbrajAl Bait Mekas, võib ka selle näiteks võtta.

Seletused ja valemid (joon- ja nurkiirus) leiab siit ja sealt.

Kas pöörlemine on hea või halb?

67P//Tšurjumov-Gerassimenko

1905. aasta jalgrattatrikk

Billi, Bobby, Bo ja sõnaraamatud

Päris imelikuks läinud oma füüsikatundidest.

Seda võib kodus järgi teha.

Kukkumine ja põrge, impulsi jäävuse seadus. Just!

Kinemaatilisi kontseptsioone laiast maailmast.

Charlie sõidab oma uue autoga ringi ja ringi ja ringi, hoides konstantset kiirust. Tõsi või vale?

A) Tõsi. B) Vale. C) Sõltub.

Keegi seisab mägedes vaateplatvormi serval ja viskab kaks palli sama algkiirusega.
A) Ühe otse alla orgu.
B) Teise üles nii, et see alla tulles ikkagi orupõhja jõuab.
Kumma palli kiirus on teekonna lõpus suurem?

1. Esimesel on suurem.
2. Teisel on suurem
3. Mõlemal sama
4. Võimatu otsustada

Kui suur on paigalseisust vabalt langeva keha kiirendus kolmanda langemissekundi lõpuks?

1. 9,8 m/s
2. 9.8
3. 29,4 m/s
4. 10 m/s
5. 9,8 m
6. 9,8 m/s²
7. 29,4 m/s²
8. 9.8 m/s²

Arvutusi jms

1) Arvuta keskmine kiirus mootorratturile, kes läbib 30 km 24 minutiga.

2) Üks mees jookseb 100m 11,8 sekundiga, teine 12,4 sekundiga. Kiirem mees annab aeglasemale stardis 4m ette. Kas on lootust, et nad jõuavad nüüd korraga finišisse?

3) Kui suur on kiirendus, kui auto pidurdab kiiruselt 54 km/h ja jääb seisma 1,1 sekundiga.

4) Traktor kiirendab ühtlaselt 1,5m/s². Kaua läheb, et saavutada kiirus 20 km/h?

5) Kui kaugele jõuab 5 sekundiga 10 kg massiga keha?

6) Kui kaua püsib õhus algkiirusega 7m/s vertikaalselt üles visatud kivi? Kuidas see graafiliselt esitatuna välja näeb?

7) Kahurikuul saavutas 2,1m pikkuses kahuritorus kiiruse 200m/s. Loeme kiirenduse kogu lasu ajal ühtlaseks. Kui suur on kuuli kiirendus?

Kujuta kiiruse ja kiirenduse graafikutel kuuli liikumist 0,03 sekundi jooksul pärast püssirohu süttimist.

Rakett läheb lendu

 Kuidas tabada märki? Millist märki?

Viljandi hüpe 21.11.2016

Pildid

Amfetamiini, LSD ja kanepi tarvitamisest joobnud naine sõitis 2016. aasta 21. novembril kell 23.10 Viljandis mööda Riia maanteed kiirusega vähemalt 117 kilomeetrit tunnis. Vaksali tänavale jõudes ei vähendanud ta kiirust ega püüdnud pöörata, vaid kihutas otse üle ristmiku. Suure kiiruse ja laskuva teeprofiili ühisel mõjul paiskus kõnniteekivi trampliinina kasutanud auto õhku, lendas üle seisva auto ning maandus enam kui 30 meetrit hiljem Köstri tänava äärses majas.

6. veebruar 2018

Sihik

Ja nüüd, trajektoori praktiline kõverdamine. Palun väga, ei ole vaja kahurit külili keerata.

Ärge seda järgi tehke, isegi kui saaksite teha.

Vinge viskaja

 Nolan Ryan

106 mph
170,6 km/h
47,4 m/s

Insenerid, 120 mph, miks mitte?

Kõrgelt kukkumine ja teised kiirendused

Dawn; a = 0,95  km/h²

Benji
Lumme
Puu
John Paul Stapp

David Purley 1977, v = 173 km/h, s = 66cm
Kenny Bräck 2003: a = 214g

Hea pidurdus, tagurpidi ülesanne

Palun väga, siin on lahendus ja vastus. Kirjuta ülesanne?

Kolm ülesannet

Kui pika tee läbib jaamast kiirendusega 1m/s² väljuv rong esimese 2 sekundiga?

Kui suur on kuuli kiirendus püssirauas? s=60cm; v=600m/s

Rakett stardib kiirendusega 90m/s². Kui suur on kiirus 2km kõrgusel.

Reis kuule (meenutades Newtoni kahurit)

Kosmilised kiirused

I  Maa pinnalt orbiidile 7,91 km/s, 200 km kõrguselt 7,79 km/s

II Maalt Päikese orbiidile (või näiteks Kuule ja teistele planeetidele) 11,19 km/s.

III Päikesesüsteemist lahkumiseks 42,1 km/s.

Maa orbiidil liikumist kasutades 16,67 km/s.

IV Galaktikast lahkumiseks umbes 1000 km/s.

Pange tähele, et me saame lubada läbi häda kiirendust 6g, rohkem inimesed välja ei kannata. Kui sedagi, tegelikult.

Peaaegu vaba langemine

Felix

Alan

Luke