Rækkeudvikling - Inertialsystem. John V Petersen

Relaterede dokumenter
Newtons love - bevægelsesligninger - øvelser. John V Petersen

Taylor-polynomier. John V Petersen

Kræfter og Energi. Nedenstående sammenhæng mellem potentiel energi og kraft er fundamental og anvendes indenfor mange af fysikkens felter.

Dynamik. 1. Kræfter i ligevægt. Overvejelser over kræfter i ligevægt er meget vigtige i den moderne fysik.

Danmarks Tekniske Universitet

Den Naturvidenskabelige Bacheloreksamen Københavns Universitet. Fysik september 2006

Relativitetsteori. Henrik I. Andreasen Foredrag afholdt i matematikklubben Eksponenten Thisted Gymnasium 2015

Danmarks Tekniske Universitet

Newton-Raphsons metode

Vektorfunktioner. (Parameterkurver) x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

1. Kræfter. 2. Gravitationskræfter

Theory Danish (Denmark)

Løsninger til udvalgte opgaver i opgavehæftet

Danmarks Tekniske Universitet

Udledning af Keplers love

1. Bevægelse med luftmodstand

Kræfter og Arbejde. Frank Nasser. 21. april 2011

Arbejdet på kuglens massemidtpunkt, langs x-aksen, er lig med den resulterende kraft gange strækningen:

Emil, Nicklas, Jeppe, Robbin Projekt afkodning

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

Moderne Fysik 1 Side 1 af 7 Speciel Relativitetsteori

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 7 opgaver over. Skitser det omdrejningslegeme, der fremkommer, når grafen for f ( x)

INERTIMOMENT for stive legemer

MATEMATIK A-NIVEAU. Terminsprøve Kl STX0310-MAA-net

Fysik 2 - Den Harmoniske Oscillator

gl. Matematik A Studentereksamen Torsdag den 22. maj 2014 kl gl-1stx141-mat/a

Matematikprojekt Belysning

Newtons love. Indhold. Ole Witt-Hansen Elementær Fysik (2015) Newtons love 1/14

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Torsdag d. 23. august 2012 kl

Faldmaskine. , får vi da sammenhængen mellem registreringen af hullerne : t = 2 r 6 v

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 7 opgaver over. Skitser det omdrejningslegeme, der fremkommer, når grafen for f ( x)

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Tirsdag d. 27. maj 2014 kl

Bringing Mathematics to Earth... using many languages 155

Fra Absolut Rum til Minkowski Rum

Matematik Terminsprøve 2h3g Ma/3

π can never be expressed in numbers. William Jones og John Machins algoritme til beregning af π

Matematik A. Studentereksamen

Integralregning Infinitesimalregning

!! Spørgsmål b) Hvad er 1/hældningen af hhv de grønne og røde verdenslinjer? De grønne linjer: Her er!

En sumformel eller to - om interferens

Vektorfunktioner Parameterfremstillinger Parameterkurver x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

Antennens udstrålingsmodstand hvad er det for en størrelse?

Matematik A 5 timers skriftlig prøve

Matematik B. Studentereksamen

Vektorer og lineær regression

GUX. Matematik. A-Niveau. Torsdag den 1. juni Kl Prøveform a GUX171 - MAA

Vektorer og lineær regression. Peter Harremoës Niels Brock

Potensfunktioner og dobbeltlogaritmisk papir

MATEMATIK ( 5 h ) DATO: 5. juni 2008 (formiddag) Lommeregner hverken grafisk eller programmerbar

cvbnmrtyuiopasdfghjklæøzxcvbnmq wertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwer tyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwerty

Biologisk model: Epidemi

Det kosmologiske verdensbillede anno 2010

Bedste rette linje ved mindste kvadraters metode

Skråplan. Esben Bork Hansen Amanda Larssen Martin Sven Qvistgaard Christensen. 2. december 2008

Tyngdepunkt og Masse Midtpunkt.

i x-aksens retning, så fås ). Forskriften for g fås altså ved i forskriften for f at udskifte alle forekomster af x med x x 0

Kapitel 10. B-felt fra en enkelt leder. B (t) = hvor: B(t) = Magnetfeltet (µt) I(t) = Strømmen i lederen (A) d = Afstanden mellem leder og punkt (m)

GUX Matematik Niveau B prøveform b Vejledende sæt 1

Til at beregne varmelegemets resistans. Kan ohms lov bruges. Hvor R er modstanden/resistansen, U er spændingsfaldet og I er strømstyrken.

Komplekse tal. Mikkel Stouby Petersen 27. februar 2013

Matematik A. Studentereksamen. Torsdag den 22. maj 2014 kl Digital eksamensopgave med adgang til internettet. 1stx141-MATn/A

Danmarks Tekniske Universitet

Mørk energi Anja C. Andersen, Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet

Cresta Asah Fysik rapport 16 oktober Einsteins relativitetsteori

Højere Teknisk Eksamen maj Matematik A. Forberedelsesmateriale til 5 timers skriftlig prøve NY ORDNING. Undervisningsministeriet

I Indledning. I Indledning Side 1. Supplerende opgaver til HTX Matematik 1 Nyt Teknisk Forlag. Opgaverne må frit benyttes i undervisningen.

Matematik A. Højere teknisk eksamen

Mekanik Legestue I - Gaussriffel og bil på trillebane

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 10 opgaver over. , og et punkt er givet ved: P (2, 1).

Analytisk geometri. Et simpelt eksempel på dette er en ret linje. Som bekendt kan en ret linje skrives på formen

Danmarks Tekniske Universitet

Fysik i billard. Erik Vestergaard

Matematik C. Cirkler. Skrevet af Jacob Larsen 3.år HTX Slagelse Udgivet i samarbejde med Martin Gyde Poulsen 3.år HTX Slagelse.

Kapitel 2 Tal og variable

gl. Matematik A Studentereksamen

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

Projektopgave 1. Navn: Jonas Pedersen Klasse: 3.4 Skole: Roskilde Tekniske Gymnasium Dato: 5/ Vejleder: Jørn Christian Bendtsen Fag: Matematik

Studieretningsopgave

Matematik A. Studentereksamen. Skriftlig prøve (5 timer) Fredag den. december kl... STX MAA LQGG

GUX. Matematik. A-Niveau. August Kl Prøveform a GUX152 - MAA

MATEMATIK A-NIVEAU-Net

Projektopgave Observationer af stjerneskælv

Danmarks Tekniske Universitet

7 QNL 2PYHQGWSURSRUWLRQDOLWHW +27I\VLN. 1 Intro I hvilket af de to glas er der mest plads til vand?: Hvorfor?:

Andengradspolynomier - Gymnasienoter

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 10 opgaver over. 1, og et punkt er givet ved: (2, 1)

Pointen med Differentiation

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 13

GUX. Matematik. B-Niveau. Fredag den 29. maj Kl Prøveform b GUX151 - MAB

Projekt: Logistisk vækst med/uden høst

Matematik A. Studentereksamen. Fredag den 6. december 2013 kl stx133-mat/a

qwertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwert yuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyui Polynomier opåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyuiopå

Potensfunktioner samt proportional og omvent proportional. for hf Karsten Juul

Integralregning ( 23-27)

1. Beregn begyndelseskoncentrationerne af og i alle forsøgene.

Bevægelse med luftmodstand

Mælkevejens rotation

Opgave 1. (a) Bestem de to kapacitorers kapacitanser C 1 og C 2.

Transkript:

Rækkeudvikling - Inertialsystem John V Petersen

Rækkeudvikling inertialsystem 2017 John V Petersen art-science-soul

Vi vil undersøge om inertiens lov, med tilnærmelse, gælder i et koordinatsytem med centrum i Solen, og faste akser i forhold til stjernerne i vores galakse. Er det et inertialsystem vi kan stole på ved udregninger, når vi ved, at Solen deltager i galaksens rotation? (se nærmere forklaring, definition af et inertialsystem i appendiks side 7 ). Undervejs skal vi reducere en funktion og udføre rækkeudvikling, for at få et udtryk vi kan konkludere på. Det er jo netop rækkeudviklinger, som er emnet i denne artikel. Rækkeudviklinger er et matematisk redskab som gør, at man kan forstå komplicerede udtryk, man har regnet sig frem til, i en bestemt grænse. Man kan altså se sammenhænge mere klart og enkelt. Sammenhænge der måske ikke var til at få øje på, indse. Og man kan så bedre ræssonere udfra denne sammenhæng og dermed konkludere, indenfor de kriterier som rækkeudviklingen angiver - eksempelvis betydende cifre. Fig. 1 Koordinatsystem (m) accelereret i forhold til inertialsystem (M). Vi ser på fig. 1. På figuren er markeret to legemer M og m med masserne Vi antager, at er så mange gange større end at der til det store legeme kan knyttes et inertialsystem med nulpunkt i det store legemes centrum. Medens det lille legeme kredser omkring det store legemes centrum på grund af deres gensidige tyngdekraftstiltrækning. Accelerationen af det lille legeme er da ifølge Newtons II lov rettet imod centrum af det store legeme og har størrelsen (1) hvor er gravitationskonstanten og afstanden imellem de to legemers centre. På fig. 1 er også indtegnet et koordinatsystem med nulpunkt i det lille legemes centrum, og akser der ikke drejer i forhold til inertialsystemet. Hvis vi vil beskrive bevægelser relativt til dette koorsinatsystem, skal vi, udover de kræfter der også er virksomme i inertialsystemet, medregne en systemkrsft (ofte kaldet en fiktiv kraft, selvom den er virkelig nok) modsat rettet a af størrelse a gange massen af det, der bevæger sig. Tilstedeværelsen af det store legeme har derfor to samtidige konsekvenser for bevægelser af masser relativt til det lille legemes koordinatsystem. Det store legeme påvirker masserne med en tyngdetiltrækning. Og det store legeme accelerer derved det lille, således at der i dets

koordinatsystem herudover virker et systemkraftfelt (beregnet udfra dette accelererede koordinatsystem). Tidevandsfeltet fra det store legeme i det lille legemes koordinatsystem er summen af dette systemfelt og tyngdekraftsfeltet fra det store legeme. I det lille legemes massemidtpunkt er summen af disse to kraftfelter nul. Men da tyngdefeltet varierer med stedet, hvorimod systemkraftfeltet er det samme overalt, gælder det kun netop i massemidtpunktet. På fig. 1 er indtegnet en -koordinatakse, som går igennem de to massemidtpunkter, og har nulpunkt i det lille legemes massemidtpunkt. Langs denne -akse er størrelsen af tidevandsfeltet, regnet positivt bort fra M: = = dvs (2) Her er afstanden fra det lille legemes massemidtpunkt, regent positivt bort fra M. Vi vil nu foretage en rækkeudvikling efter den lille størrelse : Vi vil estimere i grænsen, hvor

Det er udtrykket, som er variabelt. Det vil vi se på: Udtrykket ovenfor er af formen hvor = og For små værdier af, vil vi rækkeudvikle til første orden omkring Vi ser på Taylorrækken Her i notationen (4) (5) hvor Vi indsætter i nu i (4), og får (6) dvs., Dette udtryk indsættes i (2) =.

Vi har altså. (7) Dette udtryk, denne funktion rummer svaret på spørgsmålet: Gælder inertiens lov, med tilnærmelse, i et koordinatsytem med centrum i Solen, og faste akser i forhold til stjernerne i vores galakse? Tidevandsfeltet er faktoren mindre end gravitationsfeltet, i nærheden af det lille legeme,. Med galaksen som det store legeme, og Solen som det lille legeme, ses tidevandsfeltet i solkoordinatsystemet i Jordens afstand fra Solen, således at være af størrelsesordenen =. Hvor = er afstanden fra galaksecentret til Solen, og er afstanden fra Solen til Jorden. Dvs. tidevandsfeltet i solkoordinatsystemet, er 10 gange mindre end gravitationsfeltet fra galaksen. Faktoren 10 forklarer hvorfor et koordinatsystem med centrum i Solen, i praksis kan regnes for et inertialsystem. Vi har set, hvordan vi kan lade Solen være nulpunkt i et koordinatsystem, så det i praksis kan opfattes som et inertialsystem. På samme måde kan vi lade Jorden være nulpunkt i et koordinatsystem, så det i praksis kan opfattes som et inertialsystem. Forklaringen ligger i faktoren i ligning (7). Hermed har vi set hvor nyttigt et matematisk redskab rækkeudvikling er i fysik.

Appendiks Forklaring og definition af inertialsystem. Newtons love gælder i inertialsystemer. Et kordinatsystem, hvori inertiens lov (se 1. lov nedenfor) gælder, kaldes et inertialsystem. Inertialsystemer er koordinatsystemer som er i hvile eller i jævn bevægelse i forhold til fiksstjernerne. Og alle koordinatsystemer som bevæger sig med konstant hastighed i forhold til et inertialsystem, er også inertialsystemer. Jorden er kun med tilnærmelse et inertialsystem, da jorden både accelererer i sin bevægelse om solen og i rotationen om sin egen akse. Newtons love gælder således kun med (meget god) tilnærmelse på jorden. Så det er ok at anvende Newtons love her. Newtons 1. lov Inertiens lov (træghedsloven) Et legeme, der ikke er påvirket af kræfter, eller hvor den resulterende kraft ( er nul, ligger enten i hvile eller bevæger sig med konstant hastighed, dvs med konstant fart og retning (v = konstant) ad en ret linje. Inertien, trægheden for legemet betyder, at det skal acceleres for at opnå en anden hastighed. (Legemets inerti,træghed er en modstand mod ændring af tilstand. Legemet siges at have en træg masse). F = v = konstant 0