Haastetehtävä

Testataan teidän fyysikkojen todelliset taidot. Yksinkertaisella palloesimerkillä, jossa monet tekevät virheen. Ratkaisijalle mainetta ja kunniaa!
.........
Minulla on pallo: säde 4 cm, paino 500g ja muuntokerroin on 0,35. Pallon lähtönopeus on 40m/s ja ilman tiheys on 0,001293 (wikipedia). Putoamiskiihtyvyys 9,81. Pallo ammutaan 45 asteen kulmassa.

a) Kuinka pitkälle pallo lentää?
b) Paljonko on sekunnin lennon jälkeen pallon nopeus?
c) Paljonko on sekunnin jälkeen pallon maanopeus?

P.S laitan vastaukset näkyviin pian, jos haluatte, ettekä osaa itse ratkaista?
211215
Äänestä

Muut lukivat myös

Vastaukset 21

Vanhimmat

Käyttäkää PIIN likiarvona 3,14:jää

Äänestä

on muuntokerroin???

Äänestä

Pyöristykset voivat olla hieman eri tavalla kuin mitä esitit, mutta suunnilleen seuraavaa:
Pallo lentää n. 152.2 m, nopeus sekunnin lennon jälkeen n. 33.0 m/s ja tämän vaakakomponentti (jos maanopeus sitä tarkoittaa) sekunnin lentoajan jälkeen n. 27.7 m/s.

Äänestä
  • Korjaus edelliseen, jossa pallon halk. oli 4 cm.
    Jos säde on 4 cm, ovat vastaavat luvut suunnilleen seuraavia:

    127.8 m , 31.0 m/s ja 26.1 m/s

    Äänestä

  • veksi_53 kirjoitti:

    Korjaus edelliseen, jossa pallon halk. oli 4 cm.
    Jos säde on 4 cm, ovat vastaavat luvut suunnilleen seuraavia:

    127.8 m , 31.0 m/s ja 26.1 m/s

    Turha tuota on yrittää laskea lyhyen matematiikan laskimella. Ei onnistu sitten millään, tai no ehkä logaritmeillä ja pythagoralla.

    En viitsi kirjoittaa vastauksia sittenkään. Sanon, että lähelle menee, mutta harakoille menee.

    Äänestä

  • Aloittaja kirjoitti:

    Turha tuota on yrittää laskea lyhyen matematiikan laskimella. Ei onnistu sitten millään, tai no ehkä logaritmeillä ja pythagoralla.

    En viitsi kirjoittaa vastauksia sittenkään. Sanon, että lähelle menee, mutta harakoille menee.

    Ei sinun tarvitsekaan kirjoittaa mitään vastauksia, sillä ne ovat riittävällä tarkkuudella jo tuossa edellisessä viestissäni.

    Eikä tämä tehtävä edes ole niin vaativa, että siitä kannattaisi enemmän vääntää - aika peruskauraa hieman koulukursseja lukeneelle.
    Pitää osata muodostaa voimayhtälöitä ja liiketilan differentiaaliyhtälöitä.
    Ratkaisuun pääsee kätevimmin numeerisella integroinnilla, sillä suljetussa muodossa funktiot voivat olla liian hankalia vietäväksi loppuun asti.
    Ei kai tässä millään desimaaleilla muutenkaan tarvitse saivarrella, sillä ainakin yksi lähtöarvoista oli melko epätarkasti ilmoitettu, nimittäin lähtönopeus.
    Logaritmit voit tässä tapauksessa työntää jonnekin, mutta pythagorasta saatat hieman tarvita.
    Koeta itse - saatat löytääkin ratkaisun.

    Äänestä

  • veksi_53 kirjoitti:

    Ei sinun tarvitsekaan kirjoittaa mitään vastauksia, sillä ne ovat riittävällä tarkkuudella jo tuossa edellisessä viestissäni.

    Eikä tämä tehtävä edes ole niin vaativa, että siitä kannattaisi enemmän vääntää - aika peruskauraa hieman koulukursseja lukeneelle.
    Pitää osata muodostaa voimayhtälöitä ja liiketilan differentiaaliyhtälöitä.
    Ratkaisuun pääsee kätevimmin numeerisella integroinnilla, sillä suljetussa muodossa funktiot voivat olla liian hankalia vietäväksi loppuun asti.
    Ei kai tässä millään desimaaleilla muutenkaan tarvitse saivarrella, sillä ainakin yksi lähtöarvoista oli melko epätarkasti ilmoitettu, nimittäin lähtönopeus.
    Logaritmit voit tässä tapauksessa työntää jonnekin, mutta pythagorasta saatat hieman tarvita.
    Koeta itse - saatat löytääkin ratkaisun.

    Olen samaa mieltä edellisen kirjoittajan kanssa.

    Turha lähteä hiusta halkomaan ja liian teoreettisesti laskemaan. Ilmeisesti aloittaja ei ole koskaan tehnyt suorittavaa työtä.
    Turha tarkkuus on... jne

    Äänestä

  • veksi_53 kirjoitti:

    Korjaus edelliseen, jossa pallon halk. oli 4 cm.
    Jos säde on 4 cm, ovat vastaavat luvut suunnilleen seuraavia:

    127.8 m , 31.0 m/s ja 26.1 m/s

    Nyt meni sormi suuhun, laittaisitko kaavat näkyviin, yritin kovasti, mutta eipä siitä sitten tullut mitään


    a(pallonpinta-ala M2)=(4*3,14*0,04)-->0,50240000
    b(ilmanvastus kg/metri)
    =(0,5*0,001293*(40)^2*0,5024*0,35)-->0,1818888960
    c(liike-energia lähtö)==0,5*0,5*(40)^2-->400
    d(nopeus metrin kohdalla)==0,5*0,5 1-(1-0,1818888960)^(100)=1,25


    100 m kohdalla siis lenneltiin 17,88m/s?
    Paljonko oli lennon aika?

    Kiinnostaisi kovasti tietää, miten ammattifyysikot tälläisiä laskeskelee. Elettäisiinpä kuussa, niin ei tarvitsisi tälläisiä laskeskella.

    Äänestä

  • Aloittaja. kirjoitti:

    Nyt meni sormi suuhun, laittaisitko kaavat näkyviin, yritin kovasti, mutta eipä siitä sitten tullut mitään


    a(pallonpinta-ala M2)=(4*3,14*0,04)-->0,50240000
    b(ilmanvastus kg/metri)
    =(0,5*0,001293*(40)^2*0,5024*0,35)-->0,1818888960
    c(liike-energia lähtö)==0,5*0,5*(40)^2-->400
    d(nopeus metrin kohdalla)==0,5*0,5 1-(1-0,1818888960)^(100)=1,25


    100 m kohdalla siis lenneltiin 17,88m/s?
    Paljonko oli lennon aika?

    Kiinnostaisi kovasti tietää, miten ammattifyysikot tälläisiä laskeskelee. Elettäisiinpä kuussa, niin ei tarvitsisi tälläisiä laskeskella.

    Siinä vaiheessa, kun pallo on vaakasuunnassa edennyt n. 100 m, on sen
    - korkeus n. 25.6 m
    - nopeus n. 25.8 m/s
    - lentoaika hieman yli 4s
    - lentomatka n. 113 m
    - lentokulma n. -31.8 astetta eli tulossa alaspäin

    Maahan pallo osuu n. 5.4 s lennon jälkeen

    Äänestä

  • veksi-53 kirjoitti:

    Siinä vaiheessa, kun pallo on vaakasuunnassa edennyt n. 100 m, on sen
    - korkeus n. 25.6 m
    - nopeus n. 25.8 m/s
    - lentoaika hieman yli 4s
    - lentomatka n. 113 m
    - lentokulma n. -31.8 astetta eli tulossa alaspäin

    Maahan pallo osuu n. 5.4 s lennon jälkeen

    Onko siinä ohjelmassasi huomioitu myös noste ,coriolis-kiihtyvyys,magnus-effekti?
    Paljonko niiden vaikutus on?

    Äänestä

  • Pahlman kirjoitti:

    Onko siinä ohjelmassasi huomioitu myös noste ,coriolis-kiihtyvyys,magnus-effekti?
    Paljonko niiden vaikutus on?

    Laskelmillani olen yrittänyt löytää jotain suuruusluokkaa esitetyn tehtävän ratkaisuille ja tulosten esitystarkkuus voi siinä mielessä olla liiallinen.

    Corioliskiihtyvyyden merkitys tämän pituisissa lentoradoissa ja näin lyhyillä lentoajoilla on käsittääkseni hyvin pieni ellei jopa merkityksetön.
    Magnus-efektin ymmärtäisin liittyvän pallon mahdolliseen pyörimisliikkeeseen ja nosteen pallon tiheyteen suhteessa ilman tiheyteen ja tavallaan mahdollisiin väliaineen virtauksiin.
    Mitään näitä kuten ei pallon pinnan sileyden/epätasaisuuden vaikutuksiakaan ole otettu huomioon eikä nopeuden/Reynolds-luvun yms. vaikutuksia virtausvastukseen.

    On vain yksinkertaisesti muodostettu liikeyhtälöt sileän pyörimättömästi lentävän pallon liikeradalle, johon vaikuttavat ilmanvastus, maan vetovoima, lähtökulma ja -nopeus. Ilmanvastuskerroin on oletettu nopeudesta riippumattomaksi ja numeerisena arvona on käytetty tehtävässä esitettyä kerrointa 0.35. Liikeyhtälö on numeerisesti ratkaistu ja saatu esitettyjä vastauksia.

    Kysymiisi asioihin ei helposti löydy mitään universaaleja ratkaisuja vaan enemmänkin joitakin tapauskohtaisia sovelluksia. Liikeyhtälöihin voidaan periaatteessa tuoda lisätermejä, mutta sitten pitäisi olla tietoa kappaleen pintaominaisuuksista, mahdollisista kierteistä ja niiden suunnista ym. vaikuttavista tekijöistä. Laskentatulokset olisivat varmaan hieman erilaisia, mutta olisivatko sen oikeampia tässä yksinkertaistetutta perustehtävässä.

    Äänestä

  • veksi_53 kirjoitti:

    Laskelmillani olen yrittänyt löytää jotain suuruusluokkaa esitetyn tehtävän ratkaisuille ja tulosten esitystarkkuus voi siinä mielessä olla liiallinen.

    Corioliskiihtyvyyden merkitys tämän pituisissa lentoradoissa ja näin lyhyillä lentoajoilla on käsittääkseni hyvin pieni ellei jopa merkityksetön.
    Magnus-efektin ymmärtäisin liittyvän pallon mahdolliseen pyörimisliikkeeseen ja nosteen pallon tiheyteen suhteessa ilman tiheyteen ja tavallaan mahdollisiin väliaineen virtauksiin.
    Mitään näitä kuten ei pallon pinnan sileyden/epätasaisuuden vaikutuksiakaan ole otettu huomioon eikä nopeuden/Reynolds-luvun yms. vaikutuksia virtausvastukseen.

    On vain yksinkertaisesti muodostettu liikeyhtälöt sileän pyörimättömästi lentävän pallon liikeradalle, johon vaikuttavat ilmanvastus, maan vetovoima, lähtökulma ja -nopeus. Ilmanvastuskerroin on oletettu nopeudesta riippumattomaksi ja numeerisena arvona on käytetty tehtävässä esitettyä kerrointa 0.35. Liikeyhtälö on numeerisesti ratkaistu ja saatu esitettyjä vastauksia.

    Kysymiisi asioihin ei helposti löydy mitään universaaleja ratkaisuja vaan enemmänkin joitakin tapauskohtaisia sovelluksia. Liikeyhtälöihin voidaan periaatteessa tuoda lisätermejä, mutta sitten pitäisi olla tietoa kappaleen pintaominaisuuksista, mahdollisista kierteistä ja niiden suunnista ym. vaikuttavista tekijöistä. Laskentatulokset olisivat varmaan hieman erilaisia, mutta olisivatko sen oikeampia tässä yksinkertaistetutta perustehtävässä.

    Kyllä minäkin nuo corioliksen ja nosteen mitättömän vaikutuksen allekirjoitan ikivanhojen dynamiikan opintojen pohjalta.
    Tuo Magnus-efekti on ongelmallinen.
    Kaikissa pallonlyönneissä ,-potkuissa ynnä muissa vastaavissa se ainakin tekee lentoradasta arvaamattoman.Jos tämä pallo nyt sitten lingotaan tai ammutaan jollain laitteella,niin saa se pallo silloinkin jonkinlaisen pyörimisliikkeen,ja jos tämä koe toistetaan muutaman kerran putoamispaikka voi kyllä olla joka kerta huomattavastikin eri.

    Äänestä

Kerta aloitit niin laita nyt näkyville miten asian ratkaisit, sillä olisihan ikävää jos paljastuisit tyhjänpuhujaksi:)

Äänestä

Ilmanvastus Fd(v) = -1/2*0.001293*|v|^2*pi*0.04^2*0.35*v/|v|
= -1.13738e-6 * |v|*v

(nopeus on siis vektori v)

komponenteittain

Fdx(vx,vy) = -1.13738e-6 * sqrt(vx^2 vy^2)*vx
Fdy(vx,vy) = -1.13738e-6 * sqrt(vx^2 vy^2)*vy

Sitten pallon liikeyhtälö vaaka- ja pystysuunnassa:

Fdx = m*ax
Fdy - m*g = m*ay

eli ( merkitään ()´ = d()/dt )

x´´ = 1/m * -1.13738e-6 * sqrt([x´]^2 [y´]^2) * x´
y´´ = 1/m * -1.13738e-6 * sqrt([x´]^2 [y´]^2) * y´ - m*g

alkuarvot

x(0) = 0
y(0) = 0
x´(0) = 28.2843
y´(0) = 28.2843

Siinä on siis kahden differentiaaliyhtälön ryhmä (alkuarvotehtävä, jolle löytyy aina yksikäsitteinen ratkaisu) joista ratkeaa x(t) ja y(t) ja kaikki mahdollinen.
Nostan hattua sille joka nuo analyyttisesti ratkaisee :)

Numeerisesti tuo on varmaan yksinkertaisin mahdollinen esimerkki ja pitäisi onnistua jokaiselta joka esim MATLABista tai vastaavasta on joskus kuullut.

Äänestä
  • Vaikken ymmärrä siitä juurikaan. Olisi varmaan pitänyt opiskella pitkää matematiikkaa.

    Äänestä

  • piti olla:

    y´´ = 1/m * -1.13738e-6 * sqrt([x´]^2 [y´]^2) * y´ - g

    eikä

    y´´ = 1/m * -1.13738e-6 * sqrt([x´]^2 [y´]^2) * y´ - m*g

    Äänestä


  • Jonsson. kirjoitti:

    Tuon artikkelin loppuosassa on käsitelty ilmanvastuksen vaikutusta rataan.

    http://en.wikipedia.org/wiki/Trajectory_of_a_projectile

    Tuossa mainitsemasi artikkelin http://en.wikipedia.org/wiki/Trajectory_of_a_projectile loppuosassa on oletettu ilmanvastuksen riippuvan lineaarisesti nopeudesta:

    "Note: This section considers the case where the force of air resistance may be taken to be in direct proportion to the velocity of the particle"

    Tuo malli soveltuu vain pienille nopeuksille, mutta se on siitä hyvä että on mahdollista löytää analyyttinen ratkaisu. Yleensä ilmanvastus kuitenkin käsitellään verrannollisena nopeuden neliöön (pientä suuremmilla nopeuksilla):

    http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_(physics)

    Äänestä

  • redfh kirjoitti:

    Tuossa mainitsemasi artikkelin http://en.wikipedia.org/wiki/Trajectory_of_a_projectile loppuosassa on oletettu ilmanvastuksen riippuvan lineaarisesti nopeudesta:

    "Note: This section considers the case where the force of air resistance may be taken to be in direct proportion to the velocity of the particle"

    Tuo malli soveltuu vain pienille nopeuksille, mutta se on siitä hyvä että on mahdollista löytää analyyttinen ratkaisu. Yleensä ilmanvastus kuitenkin käsitellään verrannollisena nopeuden neliöön (pientä suuremmilla nopeuksilla):

    http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_(physics)

    Suomeksikin nuo yhtälöpinot ovat hurjia, mutta vielä kun on englanniksi, niin se alkaa loppupuolella muuttua mahdottomuudeksi. Olisiko näitä selitettynä, jossain helpommin ja mielellään Suomeksi.

    Äänestä

  • Miten vaikeaa kirjoitti:

    Suomeksikin nuo yhtälöpinot ovat hurjia, mutta vielä kun on englanniksi, niin se alkaa loppupuolella muuttua mahdottomuudeksi. Olisiko näitä selitettynä, jossain helpommin ja mielellään Suomeksi.

    on melkeinpä parempi opiskella (ainakin suomen kielen ohella), koska käytännössä kaikki tieteellisesti arvokas materiaali julkaistaan englanniksi ja sen piiristä löytyvät kaikki eri alojen asiantuntijat maailmalla. Suomi on kielialueena pieni ja väestömäärältään vähäinen. Lähes kaikki Suomessa käytettävä tieto tulee tuontitavarana ulkomailta em. syystä.

    Saksan kieli on toinen mielenkiintoinen.

    Äänestä

Kommentoi aloitusta


Tosimies kirjoitti:

Testataan teidän fyysikkojen todelliset taidot. Yksinkertaisella palloesimerkillä, jossa monet tekevät virheen. Ratkaisijalle mainetta ja kunniaa!
.........
Minulla on pallo: säde 4 cm, paino 500g ja muuntokerroin on 0,35. Pallon lähtönopeus on 40m/s ja ilman tiheys on 0,001293 (wikipedia). Putoamiskiihtyvyys 9,81. Pallo ammutaan 45 asteen kulmassa.

a) Kuinka pitkälle pallo lentää?
b) Paljonko on sekunnin lennon jälkeen pallon nopeus?
c) Paljonko on sekunnin jälkeen pallon maanopeus?

P.S laitan vastaukset näkyviin pian, jos haluatte, ettekä osaa itse ratkaista?

Anonyymi
5000

Ilmoita asiaton sisältö

  • Sisältää materiaalia, joka on loukkaavaa, herjaavaa, rasistista, uhkailevaa tai ahdistelevaa.

  • Materiaali sisältää nimiä, yhteystietoja tai muita henkilökohtaisia tietoja. Julkisuuden henkilöistä, julkisissa viroissa toimivista ihmisistä sekä yritysten vastuuhenkilöistä saa keskustella työhön liittyen. Myös yksityiselämään liittyvistä asioista voi keskustella siltä osin, kuin niistä on julkisesti kerrottu.

  • Sisältää lapsille haitallista tai heiltä kiellettyä materiaalia. Seksuaalinen sisältö on sallittua aiheeseen tarkoitetuilla palstoilla, joiden ikäraja on 18 vuotta.

  • Lainvastaista sisältöä voi olla mm. yksityiselämää loukkaavan tiedon levitys, kiihottaminen kansanryhmää vastaan, laiton uhkaaminen, alaikäisiin liittyvä seksuaalinen sisältö/grooming, petokset, identiteettivarkaudet, kunnianloukkaukset ja tekijänoikeusrikkomukset.

  • Sisältö ei liity palstan tai keskusteluketjun aiheeseen.

  • Viesti ei ole suomea tai ruotsia (pl. International Forums), se sisältää mainontaa, se sisältää tekijänoikeuksin suojattua materiaalia, se on massapostitus tai jokin muu syy.

Jaa keskustelu