Przeciążenia

Wpisy

  • czwartek, 20 czerwca 2013
    • Zakończenie projektu

      W poprzednich artykułach omówiliśmy fizyczne pojęcie przeciążenia, przedstawiliśmy dokumentację trzech doświadczeń oraz zadbaliśmy o poszerzanie wiedzy nie tylko naszej, lecz również Was wszystkich, drodzy Czytelnicy. Wielkimi krokami zbliża się Festiwal Projektów. Już 21 czerwca 2013 roku nasza grupa będzie prezentować wyniki swojej pracy.

      Mamy nadzieję, że ten blog okazał się interesującym źródłem informacji i zachęci wielu do dalszego zgłębiania uroków fizyki, która wcale nie musi być taka trudna, za jaką powszechnie się ją uważa. Wiemy, że omawiane przez nas zagadnienia mogą wydawać się skomplikowane, jednak ufamy, iż ta strona pozwoliła chociaż niektórym na lepsze zrozumienie tematu.

      Ten post będzie najprawdopodobniej ostatnim wpisem na naszym oficjalnym blogu, jednak nie zmniejszy to jego użyteczności. Fizyka nigdy nie staje się nieaktualna, więc i nasze artykuły i doświadczenia będą wciąż mogły służyć wielu osobom do lepszego zrozumienia przeciążeń.

      Tych z Was, drodzy Czytelnicy, którzy uczęszczają do naszej szkoły, zapraszamy do uważnego udziału w Festiwalu. Wszystkim Internautom, którzy zechcieli odwiedzić oficjalnego bloga naszej grupy, serdecznie dziękujemy za zapoznanie się z witryną i życzymy Wam, by nie było ono waszym ostatnim spotkaniem z fizyką.

      Pozdrawiamy,

      Grupa Fizyczna Projektu Gimnazjalnego 2013 Polsko-Angielskiego Prywatnego Gimnazjum

      Szczegóły wpisu

      Komentarze:
      (1) Pokaż komentarze do wpisu „Zakończenie projektu”
      Tagi:
      Autor(ka):
      projektnafizyke2013
      Czas publikacji:
      czwartek, 20 czerwca 2013 21:23
    • Doświadczenie 3: Idziemy na alpine coaster

      W poprzednim artykule omówiliśmy dokładnie wyniki ankiety, która w większości została przeprowadzona nad Jeziorem Maltańskim. Kolejny nasz temat również związany jest z tym miejscem. Po powiększeniu naszej wiedzy o przeciążeniach w kolejkach górskich zechcieliśmy sprawdzić wszystko w praktyce. Część grupy udała się więc na kolejkę typu alpine coaster, znajdującą się niedaleko Letniego Toru Saneczkowego, by zmierzyć przeciążenia przy pomocy specjalnej aplikacji, jaką można zainstalować na bardziej zaawansowanych technologicznie telefonach. W tym artykule zamieścimy dokumentację naszego doświadczenia.

      Tor kolejki Adrenaline, czyli miejsce przeprowadzania doświadczenia

      Doświadczenie 3.

      Mierzenie przeciążeń na kolejce typu alpine coaster

      Przebieg doświadczenia

      Dwie osoby z naszej grupy udały się na przejażdżkę kolejką Adrenaline w celu zmierzenia przeciążenia podczas przejazdu przy pomocy aplikacji na telefon, która pozwala wyznaczyć przyspieszenie. Jazda była filmowana przy użyciu kamery.

      Obserwacje

      Kolejka okazała się całkowicie bezpieczna, choć zapewne jazda dostarczyła uczestnikom wielu niezwykłych emocji. Przeciążenia, jakie udało się osiągnąć, mieściły się w granicach od 1g do 3g.

      Wnioski

      Przeciążenia, jakie można odczuć podczas przejażdżki kolejką, są wystarczająco duże, by zapewnić uczestnikom emocjonujące przeżycie, lecz zbyt małe, by stanowiły dla organizmu jakiekolwiek niebezpieczeństwo.

      Fotograficzna dokumentacja doświadczenia

      Kolejka Adrenaline, atrakcja typu alpine coasterZnak "zwolnij" przypomina uczestnikom eksperymentu o konieczności hamowania przed końcem jazdy

      Czas na podsumowanie

      Ten niezwykle krótki artykuł zawiera dokumentację ostatniego doświadczenia, jakie przeprowadziła nasza grupa. Zbliżamy się do ostatecznego podsumowania osiągnięć naszej grupy podczas Festiwalu Projektów, który odbędzie się w naszej szkole 21 czerwca 2013 roku. Mamy nadzieję, że ten blog okazał się interesującym źródłem informacji. Na koniec pragniemy jeszcze serdecznie polecić przejazd kolejką Adrenaline wszystkim zainteresowanym. Więcej informacji na temat naszego bloga znajdziecie na stronie:

      http://www.maltaski.pl/Kolejka_Gorska_Adrenaline,272,272.html

      Szczegóły wpisu

      Komentarze:
      (1) Pokaż komentarze do wpisu „Doświadczenie 3: Idziemy na alpine coaster”
      Tagi:
      Autor(ka):
      projektnafizyke2013
      Czas publikacji:
      czwartek, 20 czerwca 2013 21:03
    • Wyniki ankiety

      W poprzednim artykule zajęliśmy się ostatnim, najtrudniejszym zagadnieniem, z jakim przyszło nam się zmierzyć przy przygotowywaniu tego projektu. W tym poście omówimy wyniki ankiety o tematyce fizycznej, jaką przeprowadziliśmy wśród osób pełnoletnich jakiś czas temu. Przy okazji zwrócimy uwagę na najczęściej popełniane błędy, gdyż wskazują one na najtrudniejsze tematy z dziedziny fizyki.

      Przeprowadzanie ankiety

      Ankieta została przeprowadzona w grupie 11 osób pełnoletnich, spośród których siedmiu było wybranych losowo nad Jeziorem Maltańskim.

      Miejsce przeprowadzania ankiety

      Zadawane pytania

      1. W jakich jednostkach wyrażamy ciężar?
      2. W jakich jednostkach wyrażamy przyspieszenie?
      3. Czy w poruszającej się windzie możemy polegać na elektronicznej wadze naciskowej?
      4. Jak nazywa się siła, która pozwala wagonikom kolejki górskiej poruszać się po pętli, nawet do góry nogami?

      Wyniki ankiety

      Wyniki omówimy po kolei, zajmując się każdym pytaniem z osobna. Podamy odpowiedzi, jakich udzielili ankietowani, wraz z częstotliwością ich wyboru. Powiemy również, jakie jest poprawne rozwiązanie oraz na czym polegała ewentualna trudność w danym zagadnieniu.

      Pytanie 1.

      W jakich jednostkach wyrażamy ciężar?

      Większość ankietowanych w odpowiedzi podała jednostki masy: kilogramy (kg), gramy (g), funty (lb). Jedynie kilku podało prawidłową odpowiedź, to znaczy niutony (N).

      Najczęstszy błąd przy udzielaniu odpowiedzi na to pytanie wynika z braku rozróżnienia między słowami "ciężar" i "masa" w języku potocznym. Jest to dość naturalne, gdyż słowa te opisują dość silnie ze sobą związane wielkości. Nie są jednak synonimami. Masa ciała to suma mas wszystkich jego atomów i cząsteczek, miara bezwładności. Ciężar jest natomiast siłą, która zawsze działa pionowo w dół, w przybliżeniu równą sile grawitacji.

      Ankietowani często popełniali błąd, podając jednostki masy: kilogramy, gramy, funty. Podstawową jednostką masy układu SI jest kilogram, to nie ulega wątpliwości. Należy jednak pamiętać, że ciężar, jako siła, musi być podawany w jednostkach siły, na przykład w niutonach. Siła ma wartość jednego niutona (1 N), jeżeli ciału o masie jednego kilograma 1 kg) nadaje przyspieszenie jednego metra na sekundę kwadrat (1 m/s2). Ta jednostka została nazwana na cześć Izaaka Newtona, który zrewolucjonizował fizykę poprzez odkrycia związane z dynamiką, optyką i grawitacją. Wśród jednostek siły spoza układu SI warto wymienić dynę, jednostkę ze starego, nie używanego już układu jednostek (iloczyn 1 grama i 1 centymetra na sekundę kwadrat) oraz kilogram-siłę (wartość równa ciężarowi ciała o masie 1 kg).

      Pytanie 2.

      W jakich jednostkach wyrażamy przyspieszenie?

       Drugie pytanie ankiety

      To pytanie było prostsze, chociaż nie wszyscy odpowiedzieli na nie prawidłowo. Podczas gdy prędkość, która mówi nam, o ile metrów przemieści się ciało w danym czasie, wyrażana jest w metrach na sekundę (m/s), przyspieszenie, mówiące nam, o ile zwiększy się prędkość ciała w danym czasie, podawane jest zazwyczaj w metrach na sekundę kwadrat (m/s2).

      Skąd wzięła się ta dziwna jednostka? Cóż, gdy przyspieszenie równe jest 1 m/s2, prędkość ciała wzrasta o jeden metr na sekundę w każdej sekundzie, czyli o jeden metr na sekundę na sekundę. Po przekształceniu:

      (1 m/s) / 1 s = (m/s) * (1/s) = (m * 1)/(s * s) = m/s2

      Kilometry na sekundę kwadrat również są jednostką jak najbardziej poprawną, nie jest to błędna odpowiedź. Należy jednak zaznaczyć, że jednostką podstawową są metry na sekundę kwadrat, gdyż podstawową jednostką odległości w układzie SI są metry, a nie kilometry.

      Pytanie 3.

      Czy w poruszającej się windzie możemy polegać na elektronicznej wadze naciskowej?

      Trzecie pytanie ankiety

      To pytanie było najbardziej kontrowersyjne, gdyż każda z podanych odpowiedzi może być uważana za poprawną. Po przeczytaniu poprzednich artykułów powinniście wiedzieć, drodzy Czytelnicy, że tradycyjne wagi naciskowe nie sprawdzają się zbyt dobrze w windach. Odpowiedź, na którą liczyliśmy, to "nie". Gdy mówimy, że możemy polegać na jakimś urządzeniu, chodzi nam zazwyczaj o to, że wyniki jego pracy zawsze będą poprawne. W windzie musimy bez przerwy zastanawiać się, w której fazie ruchu znajduje się aktualnie kabina i jakie przeciążenie w niej występuje. Wskazanie wagi jest poprawne dopiero wtedy, gdy zacznie poruszać się ruchem jednostajnym.

      Odpowiedź "zależy" ucieszyła nas jeszcze bardziej, zwłaszcza że ankietowani, którzy jej udzielili, często chętnie tłumaczyli również, kiedy wskazania wagi są poprawne i wiarygodne, a kiedy nie. Możemy polegać na wadze, gdy winda porusza się ze stałą prędkością, czyli w środkowej fazie ruchu. Gdy kabina przyspiesza lub hamuje, przeciążenie jest różne od 1g i wskazania wagi mogą okazać się nieprawidłowe.

      Odpowiedź twierdząca, jak się okazało, również może być uznawana za prawidłową. Bazując na tłumaczeniach, jakich udzielali często ankietowani, uznaliśmy, że dobrze rozumieli temat. Uznali jednak, że skoro istnieje podczas ruchu windy taki moment, podczas którego wskazanie wagi jest prawidłowe, to na wadze można również polegać. Nieporozumienie wynikało z wieloznaczności pytania, więc nie uznajemy odpowiedzi twierdzącej za błędną.

      Pytanie 4.

      Jak nazywa się siła, która pozwala wagonikom kolejki górskiej poruszać się po pętli, nawet do góry nogami?

      Czwarte pytanie ankiety

      Jak się okazało, siła odśrodkowa jest powszechnie znana i rozumiana. Większość osób nie miała z nią problemu. Siła odśrodkowa to jeden z rodzajów siły bezwładności, działa na ciała poruszające się po okręgu i zawsze jest zwrócona na zewnątrz okręgu. Jeżeli wagonik startuje z wysokości co najmniej 2,5 razy większej niż promień pętli, na którą musi się wspiąć, siła odśrodkowa równoważy ciężar w najwyższym punkcie pętli, zapobiegając spadnięciu wagonika. Więcej informacji o sile odśrodkowej znaleźć można w poprzednim artykule, w którym dokładnie opisujemy kwestię przeciążeń na kolejce górskiej.

      Czas na podsumowanie

      W tym artykule omówiliśmy wyniki ankiety, którą przeprowadziliśmy w ramach projektu. Przy okazji zwróciliśmy uwagę na kwestie, z którymi ludzie często mają problemy, i mamy nadzieję, że nasze wyjaśnienia pomogą wielu osobom lepiej zrozumieć fizykę. Z ankiety wynika, że sprawy związane z praktycznym zastosowaniem praw fizyki spotykają się z większym zrozumieniem, niż teoria. Innymi słowy, fizyka nie jest tak trudna, jak twierdzą niektórzy, i naprawdę da się ją stosować w codziennym życiu.

      Zapraszamy do dalszej lektury naszego oficjalnego bloga, na którym zamierzamy zamieścić wyniki naszego ostatniego doświadczenia, przeprowadzonego nad Jeziorem Maltańskim, tak samo, jak ankieta.

      Szczegóły wpisu

      Komentarze:
      (0)
      Tagi:
      Autor(ka):
      projektnafizyke2013
      Czas publikacji:
      czwartek, 20 czerwca 2013 21:02
  • poniedziałek, 17 czerwca 2013
    • Dlaczego "pętla śmierci" jest bezpieczna?

      W poprzednim artykule odeszliśmy na chwilę od tematu przeciążeń, by zająć się pokrewnym zagadnieniem przyspieszeń grawitacyjnych. Odbyliśmy wyobrażoną podróż po Układzie Słonecznym, obliczając, ile kilogramów wskazałaby waga, gdybyśmy stanęli na niej na poszczególnych ciałach niebieskich naszego Układu. Czas, abyśmy wrócili na Ziemię i zajęli się nawet bardziej interesującą sprawą, jedną z najtrudniejszych, jakimi przyjdzie nam się zająć. Pora zająć się kolejkami górskimi i sławną pętlą 360°, znaną także jako "pętla śmierci".

      Czy widzieliście kiedyś taką pętlę, drodzy Czytelnicy? Jest to ustawiona pionowo, nieco spłaszczona pętla, po której poruszają się wagoniki kolejki górskiej, w najwyższym punkcie jeżdżąc do góry nogami. Jak to się dzieje, że nie spadają?

      Pojedynczy wagonik

      Czas na teorię

      Aby ułatwić nieco obliczenia, załóżmy na początku, że mamy do czynienia z pętlą o stałym promieniu, taką, która ma kształt okręgu. Takie pętle można zaobserwować w zabawkowych modelach torów samochodowych, lecz rzadko są spotykane w prawdziwych kolejkach górskich. Dlaczego? O tym powiemy na końcu artykułu.

      Oto schemat takiej okrągłej "pętli śmierci":

      Pełna pętla okrągła

      Rozpatrujemy na razie przypadek jedynie jednego wagonika.

       

      Wagonik w najwyższym punkcie pętli

      Na wagonik działa, oczywiście, siła ciężkości.

      Wagonik w najwyższym punkcie pętli z zaznazczonym ciężarem

      Łatwo zgadnąć, że nie jest to jedyna siła działająca na wagonik. Dodatkowo działa na niego siła odśrodkowa. Jest to siła, która działa na ciała poruszające się po okręgu, zwrócona zawsze na zewnątrz okręgu. Jej wartość zależy od masy wagonika, jego prędkości oraz od promienia pętli. Aby wagonik nie spadł, siła odśrodkowa musi w najwyższym punkcie pętli równoważyć siłę ciężkości.

      Siły działające na wagonik w najwyższym punkcie pętli

      Wagonik napędzany jest dzięki zamianie energii potencjalnej ciężkości na energię kinetyczną i vice versa. Energia potencjalna zależy od masy ciała, wysokości, na jakiej znajduje się ciało, oraz od przyspieszenia grawitacyjnego (w przypadku Ziemi - przyspieszenia ziemskiego). Energia kinetyczna zależy z kolei od masy ciała oraz jego prędkości.

      Pętla wraz z poprzedzającym ją wzniesieniem

      Zapewne większość z Was, drodzy Czytelnicy, zastanawia się nad tym, jaka jest minimalna wysokość wzniesienia, z którego wagonik musi wystartować, aby pokonać "pętlę śmierci". Jak się okazuje, można to wyliczyć.

      Czas na obliczenia

      Wzór na siłę odśrodkową jest dość prosty do zapamiętania, głównie ze względu na podobieństwo do wzoru na energię kinetyczną.

      Fod = (mv2)/r

      Dla przypomnienia, wzory na energię potencjalną ciężkości i energię kinetyczną to:

      Ep = mgh

      Ek = (mv2)/2

      Jak już ustaliliśmy, w najwyższym punkcie pętli siła odśrodkowa musi być co najmniej równa co do wartości ciężarowi.

      Fod = Q

      (mv2)/r = mg

      v2/r = g

      v2 = gr

      Pomińmy opory ruchu na potrzeby obliczeń. Energia potencjalna ciężkości w punkcie startowym musi być równa sumie energii potencjalnej ciężkości i energii kinetycznej w najwyższym punkcie pętli. Wysokość pętli równa jest jej średnicy, czyli dwukrotności promienia.

      mgh = mg * 2r + (mv2)/2

      mgh = 2mgr + (mv2)/2

      gh = 2gr + v2/2

      gh - 2gr = v2/2

      v2 = 2gh - 4gr

      Połączmy oba równania, aby otrzymać jeden wzór.

      gr = 2gh - 4gr

      2gh - 5gr = 0

      2h - 5r = 0

      2h = 5r

      h = r * (5/2)

      h = 2,5r

      Otrzymaliśmy więc minimalną wysokość pagórka początkowego, pozwalającą wagonikowi na pokonanie "pętli śmierci". Przy takiej wysokości, w najwyższym punkcie pętli, w wagoniku przeciążenie osiąga na krótką chwilę wartość 0g. Przy większej wysokości wzniesienia przeciążenie pionowe wyrażamy liczbami ujemnymi. Przeciążenie to w tym wypadku różnica przyspieszenia ziemskiego i przyspieszenia zwróconego na zewnątrz okręgu.

      p = g - (Fod/m)

      p = g - a

      Ten wzór wygląda znajomo, gdyż jest to po prostu poznany wcześniej przez nas wzór na przeciążenie w układzie odniesienia, w którym na ciała działa siła bezwładności zwrócona pionowo w górę.

      Doświadczenie 2.

      Badanie przeciążeń w "pętli śmierci"

      Przygotowanie

      To doświadczenie, mające na celu zbadanie działania siły odśrodkowej na koło w pomniejszonym modelu "pętli śmierci", zaczęliśmy, rzecz jasna, od budowy odpowiedniej makiety. Zanim autorowi tego artykułu udało się zbudować ostateczną wersję, powstały dwa prototypy.

      • Pierwszy nie wydawał się początkowo sprawny ze względu na zbyt małą wysokość wzniesienia.
      • Drugi stawiał zbyt duże opory ruchu oraz okazał się zbyt delikatny.
      • Końcowy model powstał, jak się okazało, na bazie pierwszego prototypu, poprzez rozbudowanie części poprzedzającej pętlę i zwiększenie wysokości wzniesienia.

      Wszystkie miniatury wykonane zostały z kartonu, papieru, kleju i taśmy klejącej.

      A oto ostateczna wersja makiety:

      Model pętli wykonany w ramach projektu

      Ze względu na tarcie, trudność w prawidłowym ustawieniu koła na makiecie oraz inne czynniki, żaden model nie osiągnął stuprocentowej skuteczności.

      Przebieg doświadczenia

      Ustawiona na podstawce kamera rejestrowała model, podczas gdy autor makiety ustawiał miniaturowe koło firmy Lego na wzniesieniu i puszczał je. Rozpatrywane były tylko udane próby, pozostałe nie stanowiły przypadków interesujących, a ich niepowodzenie wynikało z nieprawidłowego ustawienia początkowego koła. Następnie nakręcono również podobny film, na którym ukazano samą pętlę, powiększoną przez aparat dzięki funkcji zoom.

      Obserwacje

      Puszczone z wystarczającej wysokości koło pokonywało "pętlę śmierci", poruszając się po okręgu i nie spadając nawet podczas ruchu po górnej części toru.

      Wnioski

      Na koło działała siła odśrodkowa, która w najwyższym punkcie co najmniej zrównoważyła ciężar. Koło poddane było wówczas przeciążeniu mniejszym lub równym 0g.

      Czas na obliczenia

      Wiemy już, jak działa "pętla śmierci", jeśli chodzi o powstrzymanie wagonika przed spadaniem. Dlaczego jednak konstruktorzy kolejek górskich "spłaszczają" pętlę, nadając jej kształt odbiegający znacznie od okręgu?

      Nie wolno zapominać, że siła odśrodkowa działa na wagonik również w najniższym punkcie pętli.  W tym punkcie energia potencjalna ciężkości jest zerowa, zaś energia kinetyczna równa jest energii potencjalnej ciężkości w punkcie startowym, na szczycie wzniesienia.

      (mv2)/2 = mgh

      v2/2 = gh

      v2 = 2hg

      Siła odśrodkowa jest zatem równa:

      Fod = (mv2)/r

      Fod = (m * 2hg)/r

      Minimalna wysokość to dwuipółkrotność promienia.

      Fod = (m * 2 * 2,5 * r * g)/r

      Fod = m * 5 * g

      Fod = 5mg

      Siła odśrodkowa to, jak każda siła, iloczyn masy i przyspieszenia.

      Fod = ma

      ma = 5mg

      a = 5g

      Tą wartość możemy podstawić do jednego z wzorów na przeciążenie pionowe.

      p = g + a

      p = g + 5g

      p = 6g

      Przeciążenie w najniższym punkcie pętli

      Przy przeciążeniu 7g pilot samolotu chwilowo traci przytomność. Przeciążenie 6g uznawane jest za zbyt niebezpieczne dla nieprzyzwyczajonego organizmu. Z przyczyn bezpieczeństwa, konstruktorzy kolejek górskich budują pętle w kształcie klotoidy, czyli figury o mniejszym promieniu w górnej części niż w dolnej. Oznacza to, że siła odśrodkowa jest większa w górnej części pętli, gdzie jest potrzebna do równoważenia siły ciężkości, niż w części dolnej, w której mogłaby powodować zbyt duże przeciążenia.

      Przykładowa pętla w kształcie klotoidy

      Czas na podsumowanie

      W tym artykule poznaliśmy wzór na siłę odśrodkową. Dowiedzieliśmy się, jak to się dzieje, że wagoniki nie spadają, kursując do góry nogami po "pętli śmierci", oraz dlaczego konstruktorzy nadają tym pętlom kształt klotoidy, a nie okręgu, jak w zabawkowych torach dla samochodzików.

      Skoro już mowa o pętlach dla samochodzików, w ramach powtórzenia zachęcamy Czytelników obeznanych z językiem angielskim do obejrzenia filmu, w którym prawa nauki wykorzystane są do pokonania okrągłej "pętli śmierci", bazowanej na zabawkowych torach, prawdziwym samochodem osobowym.

      https://www.youtube.com/watch?v=wiZoVAZGgsw

      Zachęcamy do dalszego odwiedzania naszego bloga, na którym już wkrótce zamieścimy wyniki ankiety o tematyce fizycznej oraz opis kolejnego doświadczenia, przeprowadzonego właśnie na kolejce górskiej, a raczej na kolejce typu alpine coaster.

      Źródła

      Krzysztof Ernst "Einstein na huśtawce, czyli fizyka zabaw, gier i zabawek", Wydawnictwo Prószyński i S-ka SA, ul. Garażowa 7, 02-651 Warszawa, ISBN 83-7255-124-3

      http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/zabawki/files/mech/loop.html

      https://www.youtube.com/watch?v=wiZoVAZGgsw

      http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/49/Rollercoaster_Tornado_Avonturenpark_Hellendoorn_Netherlands.jpg

      Szczegóły wpisu

      Komentarze:
      (0)
      Tagi:
      Autor(ka):
      projektnafizyke2013
      Czas publikacji:
      poniedziałek, 17 czerwca 2013 21:39
  • sobota, 08 czerwca 2013
    • Niebardzo dawno temu w Układzie Słonecznym

      W ostatnich postach poruszyliśmy temat przeciążenia w windach. Poznaliśmy trzy przydatne wzory, które pozwalały na obliczenie przeciążenia na podstawie wskazań wagi naciskowej podczas ruchu windy lub dzięki znajomości przyspieszenia kabiny. W tym artykule poznamy kolejny wzór, lecz oddalimy się nieco od tak przyziemnych spraw, jak szyby windowe. Wyruszymy w podróż po Układzie Słonecznym.

      Przeciążenia czy przyspieszenia grawitacyjne?

      Na Ziemi istnieje przyspieszenie ziemskie, czyli przyspieszenie, któremu poddane jest każde ciało w jej polu grawitacyjnym. Jest ono w przybliżeniu stałe i niezależne od masy ciała oraz od wysokości. Oczywiście, jest to jedynie przybliżenie, lecz dość trafne - różnice można znaleźć zazwyczaj dopiero wiele miejsc po przecinku i są one pomijalne.

      Czy na innych planetach również występuje takie przyspieszenie? Jak zapewne się domyślacie, tak. Gdyby było inaczej, na Księżycu lub na innych ciałach niebieskich występowałby stan nieważkości. Nie jest to jednak przyspieszenie ziemskie, lecz przyspieszenie grawitacyjne.

      Do przyspieszeń grawitacyjnych należy na przykład przyspieszenie grawitacyjne Księżyca czy Marsa, jak również znane nam przyspieszenie ziemskie. Wartość przyspieszenia zależy od masy i promienia planety. Pozwala nam na obliczenie, jaki będzie ciężar ciała na danej planecie.

      Czy można to nazwać przeciążeniem? Nie do końca. Zmiana przyspieszenia grawitacyjnego jest zjawiskiem odrębnym, jednak ma tyle wspólnego, że warto o niej wspomnieć jako o ciekawostce. Powoduje przecież zmiany wskazań w windzie, zmianę odczucia własnego ciężaru oraz zmianę siły nacisku na powierzchnię planety. Ponadto, wartości przyspieszeń grawitacyjnych również możemy podawać jako wielokrotności przyspieszenia ziemskiego g.

      Czas na teorię (z wzorami)

      Jeżeli chodzi o przyspieszenia grawitacyjne najbardziej znanych ciał niebieskich, takich jak Księżyc, Słońce czy Merkury, nie powinniśmy mieć problemu ze znalezieniem na Internecie odpowiednich wartości. Co jednak z sytuacją, w której trudno jest nam znaleźć wartość podaną na tacy? Możemy postarać się ją samemu wyliczyć!

      Wzór na siłę grawitacji, zgodnie z prawem powszechnego ciążenia, ma postać:

      Fg = (G * M * m)/R2

      gdzie:

      Fg - siła grawitacji,

      G - stała grawitacji (równa w przybliżeniu 6,67384(80) * 10-11 m3/(kg*s2)),

      M - masa ciała o większej masie (zazwyczaj masa ciała niebieskiego),

      m - masa ciała o mniejszej masie,

      R - odległość między środkami mas (może być przybliżana do odległości między środkiem ciała o większej masie a jego powierzchnią w przypadku większych i masywniejszych ciał, na przykład planet).

      Gdy mówimy o szukaniu przyspieszenia grawitacyjnego, chodzi nam o takie przyspieszenie a, żeby prawdziwa była równość:

      Fg = m * a

      Z połączenia obu wzorów wynika, że:

      m * a = (G * M  * m)/R2

      a = (G * M)/R2

      Oznacza to, że znając masę i promień planety, możemy obliczyć w przybliżeniu wartość przyspieszenia grawitacyjnego na jej powierzchni.

      Czas na zwiedzanie innych planet

      Pora uruchomić naszą wyobraźnię i wyruszyć w podróż na inne planety. Pomińmy wszelkie trudności w podróży oraz konieczność noszenia kombinezonu kosmicznego. Gdybyśmy mogli wylądować na każdym ciele niebieskim Układu Słonecznego z elektroniczną wagą łazienkową, co by pokazała?

      Dobrze jest zacząć od zważenia się na Ziemi w celu poznania swojej masy. Z przyczyn oczywistych po przeczytaniu poprzednich artykułów, nie zalecamy ważenia się w windzie, która akurat przyspiesza lub hamuje. Następnie wystarczy przekształcić poznany już wcześniej wzór na przeciążenie:

      p = g * (mp/m)

      Po przekształceniu otrzymujemy sposób na obliczenie wskazania wagi, czyli "masy pozornej", na innych planetach. Wystarczy zamiast przeciążenia podstawiać przyspieszenie grawitacyjne.

      mp = (p/g) * m

      Zachęcamy do obliczenia, na ile kilogramów "czulibyśmy się" na różnych obiektach w naszym Układzie Słonecznym. Poniżej przedstawiamy przyspieszenia grawitacyjne jako wielokrotności przyspieszenia ziemskiego.

      Merkury: 0,376g

      Wenus: 0,904g

      Ziemia: 1g

      Mars: 0,376g

      Jowisz: 2,137g

      Saturn: 1,065g

      Uran: 0,886g

      Neptun: 1,1g

      Pluton: 0,059g

      Ceres: 0,028g

      Słońce: 27,9g

      Księżyc: 0,1654g (około 6 razy mniejsze niż ziemskie)

      Przykładowe wyniki

      Podamy teraz przykładowe wyniki dla człowieka o masie 75 kilogramów, przyjmowanej często w fizyce za średnią masę osoby dorosłej.

      Merkury: 28,2 kg (około 28 kg)

      Wenus: 67,8 kg (około 68 kg)

      Ziemia: 75 kg

      Mars: 28,2 kg (około 28 kg)

      Jowisz: 160,275 kg (około 160 kg)

      Saturn: 79,875 kg (około 80 kg)

      Uran: 66,45 kg (około 66 kg)

      Neptun: 82,5 kg (około 83 kg)

      Pluton: 4,425 kg (około 4 kg)

      Ceres: 2,1 kg (około 2 kg)

      Słońce: 2092,5 kg (ponad 2 tony)

      Księżyc: 12,405 kg (około 12 kg)

      Czas na podsumowanie

      W tym artykule odeszliśmy nieco od tematu przeciążeń, by zająć się podobnym zagadnieniem - przyspieszeniami grawitacyjnymi. Przy okazji zrozumieliśmy nieco lepiej naturę przyspieszenia ziemskiego oraz obliczyliśmy, ile kilogramów "dodałaby" lub "odjęła" waga elektroniczna na innych planetach. Poznaliśmy również przybliżony wzór na przyspieszenie grawitacyjne. Czytajcie dalej oficjalnego bloga naszej grupy, aby dowiedzieć się więcej na temat przeciążeń.

      Źródła:

      http://pl.wikipedia.org/wiki/Merkury

      http://pl.wikipedia.org/wiki/Wenus

      http://pl.wikipedia.org/wiki/Mars

      http://pl.wikipedia.org/wiki/Jowisz

      http://pl.wikipedia.org/wiki/Saturn

      http://pl.wikipedia.org/wiki/Uran

      http://pl.wikipedia.org/wiki/Neptun

      http://pl.wikipedia.org/wiki/Pluton

      http://pl.wikipedia.org/wiki/Sta%C5%82a_grawitacji

      http://pl.wikipedia.org/wiki/Przyspieszenie_grawitacyjne

      http://pl.wikipedia.org/wiki/Mo%C5%BCliwo%C5%9Bci_eksploatacji_Ceres

      Szczegóły wpisu

      Komentarze:
      (0)
      Tagi:
      Autor(ka):
      projektnafizyke2013
      Czas publikacji:
      sobota, 08 czerwca 2013 16:48
  • czwartek, 06 czerwca 2013
    • Wyimaginowana winda, czyli chodzimy po suficie

      W poprzednim artykule zaczęliśmy naszą przygodę z windą, śledząc i analizując doświadczenia z nią związane. Poznaliśmy również wzór na przeciążenie w windzie. Dla przypomnienia:

      p = g * (mp / m)

      gdzie:

      p - przeciążenie w windzie,

      g - przyspieszenie ziemskie,

      mp - "masa pozorna", czyli wartość wskazywana przez wagę elektroniczną w poruszającej się windzie,

      m - masa ciała.

       

      W tym poście zajmiemy się tak zwanymi eksperymentami myślowymi. Chodzi o wyobrażanie sobie przebiegu jakiegoś wyimaginowanego doświadczenia, często niemożliwego lub trudnego do realizacji, w celu wyciągnięcia logicznych wniosków i zwiększenia swojej wiedzy w danej dziedzinie. Tego typu eksperymenty były stosowane m. in. przez Alberta Einsteina, gdyż osiągnięcie prędkości światła w celu zbadania skutków takiego zdarzenia okazało się zbyt skomplikowanym zadaniem, nawet dla naukowców z XXI wieku. Tym trudniejsza byłaby również podróż na promieniu świetlnym.

      W naszych eksperymentach zajmiemy się sprawami mniej abstrakcyjnymi, lecz równie interesującymi. Zacznijmy jednak najpierw od kilku kwestii teoretycznych.

      Czas na teorię (przeplataną obliczeniami)

      Siła bezwładności, jak każda siła, musi być iloczynem masy i przyspieszenia. Masa dotyczy oczywiście masy ciała w windzie, ale skąd wzięło się to przyspieszenie? Jak się okazuje, jest ono równe co do wartości przyspieszeniu windy.

      Fb = m * a

      a - wartość przyspieszenia windy

      Siła nacisku jest równa sumie ciężaru i siły bezwładności (lub ich różnicy, jeśli siła bezwładności ma przeciwny zwrot).

      FN = Q + Fb  lub  FN = Q - Fb

      Jak już wiemy z poprzedniego artykułu, siła nacisku jest iloczynem masy ciała i przeciążenia. Ciężar jest iloczynem masy ciała i przyspieszenia ziemskiego. Korzystając z tych wszystkich informacji, przekształcamy wzór do postaci:

      m * p = m * g + m * a  lub  m * p = m * g - m * a

      m * p = m * (g + a)  lub  m * p = m * (g - a)

      Podzielmy całość obustronnie przez masę, aby otrzymać końcową wersję wzoru.

      p = g + a  lub  p = g - a

      Podsumowując:

      Dla siły bezwładności, która ma ten sam zwrot, co ciężar: p = g + a

      Dla siły bezwładności, która ma przeciwny zwrot: p = g - a

      Dzięki tym dwóm wzorom możemy obliczyć przyspieszenie windy na podstawie przeciążenia, lub na odwrót.

      Eksperyment myślowy I

      Stan nieważkości w windzie

      Wyobraźmy sobie, że jedziemy windą w dół z przyspieszeniem 9,81 m/s2 (wartość ta jest równa w przybliżeniu 1g). Jakie jest nasze przeciążenie?

      Skoro winda przyspiesza poruszając się w dół, przyspieszenie zwrócone jest w dół. Oznacza to, że siła bezwładności, która ma przeciwny zwrot, zwrócona jest ku górze. Ma zatem przeciwny zwrot, niż ciężar, czyli musimy skorzystać z drugiego wzoru:

      p = g - a

      Wiemy, że przyspieszenie windy jest równe w przybliżeniu przyspieszeniu ziemskiemu.

      a = 9.81 m/s2 ≈ g

      p ≈ g - g

      p ≈ 0g

      Różnica jest na tyle niewielka, że możemy ją pominąć. Pamiętacie być może jeszcze, że przeciążenie 0g odpowiada stanowi nieważkości?

      Sytuację w windzie dość trafnie przedstawia poniższy rysunek:

      Stan nieważkości w windzie

       

      Czy takie przyspieszenie windy jest osiągalne? Owszem, jednakże mało praktyczne. Przy przyspieszeniu 9.81 m/s2 prędkość windy wzrasta o około 35 km/h w każdej sekundzie ruchu. Oznacza to, że po 10 sekundach winda poruszałaby się z prędkością 350 km/h i przebyła drogę 490,5 metra. Poza tym, po osiągnięciu środkowej fazy ruchu (ruch jednostajny), uderzylibyśmy gwałtownie o podłogę kabiny i prawdopodobnie uszkodzili mechanizmy windy.

      Nie oznacza to jednakże, że nie możemy odczuwać stanu nieważkości. Zawsze możemy przejść się na kolejkę górską. Tak zwana "pętla śmierci" pozwala zazwyczaj na odczuwanie stanu nieważkości lub nawet niewielkich przeciążeń ujemnych. Alternatywnie, możemy starać się o posadę astronauty lub skakać ze spadochronem (w początkowej fazie skoku również występować może stan nieważkości).

      Teraz pora przejść do długo oczekiwanego przepisu na nietypowy sposób spędzania czasu w windzie - chodzenie po suficie.

      Eksperyment myślowy II

      Przeciążenie pionowe ujemne

      Wyobraźmy sobie, że winda porusza się w dół z przyspieszeniem o wartości większej niż wartość przyspieszenia ziemskiego. Co dzieje się z ciałami znajdującymi się w windzie?

      Zacznijmy od rozważenia przypadku, w którym wartość przyspieszenia jest dwukrotnie większa od wartości przyspieszenia ziemskiego:

      a = 2g ≈ 19,62 m/s2

      Jak zwykle należy najpierw zauważyć, że przyspieszenie jest zwrócone w dół, a więc siła bezwładności zwrócona jest ku górze. Jest to przypadek analogiczny do występującego w poprzednim eksperymencie myślowym. Interesujący nas wzór to zatem:

      p = g - a

      Podstawmy teraz do wzoru przyspieszenie a:

      p = g - 2g

      p = -g

      Niektórzy na pierwszy rzut oka uznają ten wynik za absurdalny. Aby go zrozumieć, należy przypomnieć sobie, że znak minus przed wartością przeciążenia pionowego oznacza, że ma ono przeciwny zwrot, niż przyspieszenie ziemskie. Jak widzimy, siła wypadkowa, która jest iloczynem masy i przeciążenia, również ma zwrot przeciwny do zwrotu ciężaru ciała. Oznacza to, że ciało zacznie "spadać" w kierunku sufitu. Może wydawać się wówczas, że grawitacja została odwrócona. Dopiero po zastanowieniu się nad tym zaczynamy naprawdę rozumieć jeden z elementów teorii względności, który mówi, że siły działające na ciało w układzie poddanym przyspieszeniu są nieodróżnialne od grawitacyjnych.

      Czy czujemy się przy tym, jakbyśmy byli ciężsi czy lżejsi? Co pokazuje waga? Łatwo można się przekonać. Wzór na przeciążenie w windzie pozostaje ten sam, chociaż przy podstawianiu przeciążenia musimy pominąć znak minus ze względu na to, że informacja o zwrocie przeciążenia nie jest w tej zależności istotna.

      p = g * (mp/m)

      mp = m * (p/g)

      mp = m * (g/g)

      mp = m * 1

      mp = m

      Jak widzimy, nie ma żadnych różnic w odczuwaniu ciężaru ani we wskazaniach wagi. Gdyby nie przyciski w windzie, nie mielibyśmy żadnych dowodów na to, że faktycznie chodzimy po suficie, a nie po podłodze.

      Chodzenie po suficie windy wskutek przeciążenia pionowego ujemnego 2g

       

      Inaczej ma się sprawa, gdy przyspieszenie windy jest inne, niż 2g. Jeżeli jest ono mniejsze, znaczy to, że czujemy się lżejsi, a "masa pozorna" jest mniejsza od prawdziwej. Jeżeli jest większe, czujemy się ciężsi, a wskazanie wagi jest większe od naszej masy. W obu przypadkach występuje jednak efekt "odwrócenia grawitacji".

      Czas na podsumowanie

      Poprzez zastosowanie metody eksperymentów myślowych zbadaliśmy lepiej kwestię obliczania przeciążenia, poznając dwa kolejne wzory, pozwalające nam wyliczyć ową wielkość fizyczną na podstawie przyspieszenia windy. Zgłębiliśmy również w większym stopniu kwestię stanu nieważkości oraz przyspieszeń ujemnych. Jak się okazuje, ten rodzaj doświadczeń prawie w niczym nie ustępuje tradycyjnym, chociaż jest bardziej podatny na pomyłki. Z braku jednak wind poruszających się z wymienionymi w tym artykule przyspieszeniami, musimy poprzestać na takich oto ćwiczeniach na wyobraźnię oraz na znajomości zasad fizyki.

      Czytajcie dalej naszego bloga, aby poznać wyniki kolejnych doświadczeń oraz poznać więcej interesujących informacji i przydatnych wzorów.

      Szczegóły wpisu

      Komentarze:
      (0)
      Tagi:
      Autor(ka):
      projektnafizyke2013
      Czas publikacji:
      czwartek, 06 czerwca 2013 19:10
    • Doświadczenie 1: Windą przez świat

      Niedawno cała nasza grupa udała się do centrum handlowego Stary Browar w Poznaniu, aby przeprowadzić kilka doświadczeń i zbadać przeciążenia w windach. Zmontowaliśmy całą aparaturę (statywy i kamery, waga elektroniczna naciskowa, ciężarki) i jeździliśmy windą w górę i w dół. Jednak po przeprowadzeniu każdego doświadczenia należy jeszcze zadbać o dokumentację, a przede wszystkim dokonać obserwacji i wyciągnąć wnioski. Tym właśnie zajmiemy się w niniejszym poście.

      Jedna z testowanych wind

       

      Doświadczenie 1a)

      Badanie przeciążenia w windzie poruszającej się do góry

      Przebieg doświadczenia

      Doświadczenie przeprowadziliśmy w kilku różnych windach. W każdej z nich położyliśmy wagę elektroniczną, wytarowaną i obciążoną kilkoma ciężarkami o łącznej masie 570 gramów. Przed wyświetlaczem wagi ustawiliśmy kamerę na statywie, zaś cały ten zestaw badawczy był nagrywany przez oddzielną kamerę na statywie, co pozwalało na zaprzeczenie jakimkolwiek podejrzeniom w sprawie manipulacji z naszej strony.

      Zestaw sprzętowy wykorzystywany w eksperymencie

      Po przygotowaniu wszystkiego, cała grupa weszła do windy i pojechała nią na górę, jednocześnie obserwując wskazania wagi. Eksperyment wkrótce powtórzyliśmy, tym razem jednak dwóch członków grupy, w tym autor tego artykułu, zostało na dole w celu filmowania ruchu windy z zewnątrz. Było to możliwe dzięki przezroczystym ścianom szybu windowego oraz kabiny.

      Obserwacje

      Przed rozpoczęciem ruchu windy pokazywana przez wagę wartość była stała. Na początku ruchu czuliśmy się nieco ciężsi, a wskazanie wagi zwiększyło się, by w pewnym momencie wrócić do stanu początkowego. Pod koniec ruchu wydawało nam się, że jesteśmy jakby lżejsi, a wskazanie wagi zmniejszyło się w stosunku do początkowego. Gdy winda się zatrzymała, wszystko wróciło do normy.

      Wnioski

      Podczas ruchu windy do góry wewnątrz kabiny można doświadczyć stanu przeciążenia (nadważkości) i niedociążenia (niedoważkości).

      Czas na teorię

      Aby nieco jaśniej pojąć trudne do zrozumienia problemy przeciążeń w windzie, zacznijmy od zastanowienia się nad analogiczną sytuacją w samochodzie. Zapewne często doświadczyłeś, drogi Czytelniku, uczucia "wgniatania" w fotel podczas gwałtownego przyspieszania samochodu. Czy takie samo wrażenie towarzyszyło Ci wówczas przez cały czas, czy też może tylko podczas przyspieszania?

      Gdy ciało znajduje się w układzie odniesienia, który poddany jest pewnemu przyspieszeniu, działa na nie siła zwana siłą bezwładności. Nie jest ona siłą rzeczywistą - gdyby przyglądać się temu zjawisku z innej perspektywy, np. stojąc na poboczu drogi, potrafilibyśmy wytłumaczyć zjawiska zachodzące wewnątrz samochodu bez jej użycia. Została ona wprowadzona do fizyki jako pewne ułatwienie, zgodne jednakże z zasadami, gdyż wszystko jest względne.

      Siła bezwładności działa na nas również podczas gwałtownego hamowania pojazdu. Czujemy wówczas, że działa na nas siła pchająca nas w stronę przedniej szyby. Właśnie ze względu na nią w samochodzie zawsze należy zapinać pasy!

      Przyjrzyjmy się teraz płynącym z tego wnioskom. Gdy samochód przyspiesza, czyli przyspieszenie, któremu jest poddany, zwrócone jest w przód, zwrot siły bezwładności jest przeciwny (jesteśmy wciskani w fotel, czyli działa na nas siła zwrócona w tył). Gdy samochód hamuje, czyli przyspieszenie, któremu jest poddany, zwrócone jest w tył, zwrot siły bezwładności również jest przeciwny (działająca na nas siła popycha nas do przodu). Okazuje się, że zauważoną tu prawidłowość można uogólnić: jeżeli ciało znajduje się w układzie odniesienia poddanym przyspieszeniu, to siła bezwładności działająca na to ciało ma przeciwny zwrot niż przyspieszenie.

      Wróćmy teraz do windy. W środkowej fazie naszej "podróży" wskazania wagi elektronicznej oraz nasze odczucie ciężaru wróciły do normy. Oznacza to, że winda poruszała się wówczas ruchem jednostajnym (ze stałą prędkością). Na początku ruchu musiała w jakiś sposób osiągnąć tą prędkość, gdyż na początku jej szybkość była zerowa. Oznacza to, że kabina musiała poruszać się ruchem przyspieszonym. To w pełni wyjaśnia odczuwane w windzie przeciążenie.

      Wiemy już, że winda poruszała się ruchem przyspieszonym na początku doświadczenia. Co jednak powodowało malenie wskazań wagi elektronicznej oraz uczucie lekkości pod koniec jazdy? Jak zapewne się domyślacie, winda musiała wówczas zahamować, a więc poruszać się z pewnym opóźnieniem (ujemnym przyspieszeniem). Właśnie to spowodowało stan niedoważkości: siła bezwładności miała przeciwny zwrot, niż ciężar, a więc siła wypadkowa była mniejsza od ciężaru. Wartość przeciążenia stała się zatem mniejsza niż 1g.

      Doświadczenie 1b)

      Badanie przeciążenia w windzie poruszającej się w dół

      Przebieg doświadczenia

      To doświadczenie przygotowaliśmy w sposób podobny do poprzedniego, w każdej windzie do obu doświadczeń używaliśmy takiego samego zestawu badawczego. Jak można się domyślić, badaliśmy tym razem przeciążenia podczas ruchu windy w dół.

      Wciąż ten sam zestaw sprzętu

       

      Obserwacje

      Przed rozpoczęciem ruchu windy pokazywana przez wagę wartość była stała. Na początku ruchu czuliśmy się nieco lżejsi, a pokazywana przez wagę wartość zmalała, by powrócić w pewnym momencie do stanu początkowego. Po pewnym czasie, pod koniec ruchu, doświadczyliśmy uczucia "wgniecenia" w podłogę, zaś wskazanie wagi zwiększyło się. Gdy winda zatrzymała się, wszystko wróciło do normy.

      Wnioski

      Podczas ruchu windy w dół wewnątrz kabiny można doświadczyć niedoważkości, a następnie nadważkości.

      Czas na teorię

      Tym razem wytłumaczenie doświadczenia powinno być nieco prostsze, gdyż znamy już podstawowe terminy i prawidłowości. Łatwo zauważyć, że gdy winda przyspiesza poruszając się w dół, siła bezwładności jest skierowana w górę. Oznacza to malenie siły nacisku ciała na podłogę oraz malenie wartości przeciążenia. Jako że wartość przyspieszenia windy jest dość niewielka, nie odczuwamy po drodze przeciążenia 0g (stanu nieważkości) ani przeciążeń ujemnych (chodzenie po suficie). Byłoby to możliwe, gdyby winda poruszała się w dół z przyspieszeniem co najmniej 9,81 m/s2. Siła bezwładności równoważyłaby wówczas ciężar, zaś siła nacisku ciała na podłogę kabiny zmalałaby do zera.

      W środkowej fazie ruchu winda porusza się ruchem jednostajnym. Na końcowym etapie kabina hamuje, zaś przeciążenie jest wówczas większe od 1g. Odczuwalny jest stan nadważkości.

      Czas na obliczenia

      Było doświadczenie, była teoria, więc czego brakuje, aby uznać to za kompletną lekcję fizyki? Oczywiście obliczeń. Zacznijmy od wyprowadzenia wzoru na przeciążenie w windzie, aby obliczyć je na podstawie takich danych, jak masa ciała czy też "masa pozorna", czyli wskazanie wagi podczas przyspieszenia kabiny.

      Waga nie pokazuje tak naprawdę masy ciała. W tym celu musiałaby znać masy wszystkich cząsteczek tego ciała oraz ich liczbę. Innym dowodem jest fakt, że w windzie wskazanie wagi maleje lub rośnie. Jak zapewne się domyślacie, powodem nie jest utrata cząsteczek przez nasze ciało ani zmiana ich masy. W celu wyznaczenia masy waga elektroniczna mierzy siłę nacisku ciała na jej powierzchnię, po czym korzysta z tego, że przyspieszenie ziemskie jest w przybliżeniu stałe, i oblicza masę ciała. Siła nacisku jest zazwyczaj porównywalna z ciężarem ciała, dlatego w codziennych sytuacjach można na niej polegać przy wyznaczaniu masy.

      Wiemy już, że "masa pozorna" jest po prostu ilorazem siły nacisku ciała na powierzchnię wagi oraz przyspieszenia ziemskiego, podobnie jak prawdziwa masa jest ilorazem ciężaru i tegoż przyspieszenia.

      mp = FN/g

      m = Q/g

      Po przekształceniu pierwszej zależności otrzymujemy wzór na siłę nacisku:

      FN = mp * g

      Tak naprawdę siła nacisku jest, jak każda siła, iloczynem masy i przyspieszenia. W tym przypadku owe przyspieszenie jest równe przeciążeniu, które oznaczymy p.

      FN = m * p

      mp * g = m * p

      p = g * (mp/m)

      Widać teraz wyraźnie, dlaczego przeciążenie jest używane w takich sytuacjach częściej niż podawanie sił w niutonach. Pozwala ono na szybkie obliczenie, jak zmienia się wskazanie wagi (i nasze odczucie ciężkości) w stosunku do naszej prawdziwej masy. Co więcej, wystarczy kilka prób, aby przekonać się, że ten wzór jest uniwersalny. Nie zamierzamy męczyć Was długimi wyliczeniami wyników. Podajmy jedynie kilka ciekawych informacji.

      Największe przeciążenia:

      1,14g - największe przeciążenie w stanie nadważkości

      0,87g - największe (lub może najmniejsze) przeciążenie w stanie niedoważkości

      Zachęcamy Was do obliczenia, jaką "masę" pokazałaby Wam wasza waga, gdybyście stanęli na niej w windzie przy takich przeciążeniach. Wystarczy przekształcić wyprowadzony wyżej wzór.

      Czytajcie dalej oficjalnego bloga naszej grupy, aby dowiedzieć się, jakich przeciążeń można doznać w życiu codziennym oraz podczas podróży na torze saneczkarskim, a także przeczytać o teoretycznych przypadkach przeciążeń, jak wspomniane już w tym poście chodzenie po suficie.

      Szczegóły wpisu

      Komentarze:
      (1) Pokaż komentarze do wpisu „Doświadczenie 1: Windą przez świat”
      Tagi:
      Autor(ka):
      projektnafizyke2013
      Czas publikacji:
      czwartek, 06 czerwca 2013 19:07
  • poniedziałek, 27 maja 2013
    • Co to jest przeciążenie?

      Jak już wiecie, ta strona jest poświęcona fizycznemu pojęciu przeciążenia. Płynie z tego logiczny wniosek, iż wypadałoby zacząć od odpowiedzi na dość istotne pytanie: czym w zasadzie jest przeciążenie?

      Słowo to ma w fizyce trzy znaczenia, chociaż niezaprzeczalnie mocno ze sobą związane. Po pierwsze, przeciążenie jest zjawiskiem fizycznym, polegającym na zmianie cech siły wypadkowej działającej na ciało wskutek działania na nie sił innych niż jego ciężar, jak również zmianie sił wzajemnego nacisku części składowych tego ciała. Tak rozumiane przeciążenie występuje przykładowo przy przyspieszeniu i hamowaniu windy (przeciążenie pionowe) i samochodu (przeciążenie poziome). Raczej rzadko używamy tego pojęcia, gdy zmiany siły wypadkowej są stosunkowo niewielkie, na przykład podczas kichania. Siła co prawda zmienia się, lecz w sposób praktycznie niezauważalny.

      Zgodnie z drugim znaczeniem tego słowa, przeciążenie jest wielkością wektorową, która pozwala na porównanie siły wypadkowej działającej na ciało, zazwyczaj w danym kierunku, z jego ciężarem. Wartość przeciążenia wyrażamy zazwyczaj jako wielokrotność przyspieszenia ziemskiego g. Przykładowo, przeciążenie skierowane pionowo w dół o wartości 1g reprezentuje sytuację znaną nam z życia codziennego, gdy waga elektroniczna pokazuje w przybliżeniu naszą prawdziwą masę. Przy przeciążeniu 2g czulibyśmy się dwa razy cięższy, a przy przeciążeniu 0,5g - dwa razy lżejsi.

      Jeśli przeciążenie ma ten sam kierunek, co przyspieszenie ziemskie, lecz przeciwny zwrot, zwyczajowo prezentujemy tę sytuację poprzez dodanie znaku minus przed wartością przeciążenia. Przeciążenie -1g oznaczałoby dla nas możliwość chodzenia po suficie. Co więcej, nie odczuwalibyśmy wcale żadnych zmian w swym ciężarze. Siła wypadkowa na nas działająca miałaby taką samą wartość, co ciężar, lecz przeciwny zwrot.

      Trzecie znaczenie terminu "przeciążenie" dotyczy sytuacji, w której wartość przeciążenia (zgodnie z jego drugą definicją) jest większa niż 1g. Wiemy już, że pokazywana przez wagę "masa" jest wówczas większa od rzeczywistej. Na określenie takiego przeciążenia używamy również terminu "stan przeciążenia". Analogicznie, gdy wartość przeciążenia jest mniejsza od 1g, lecz większa od zera, mówimy o stanie niedociążenia. Stanem nieważności nazywamy przeciążenie 0g, występujące, gdy na ciało nie działają żadne siły lub działające siły się równoważą. Często mówi się, iż sytuacja taka jest niemożliwa, gdyż nawet w innej galaktyce siła przyciągania ziemskiego nie znikłaby, a jedynie zmalałaby do bliskich zera wartości. Przyjmuje się jednak, iż rozkład sił działających na astronautę podczas spaceru kosmicznego, a także na piłkę lub inne ciało podczas spadku swobodnego, jest równy w przybliżeniu stanowi nieważkości.

      Zbyt duże przeciążenia mają negatywny wpływ na ludzki organizm. Mogą powodować zbieranie się krwi w tych miejscach układu krwionośnego, które są jego punktami skrajnymi i dodatkowo wrażliwymi, takimi jak mózg (położony na samej górze) czy też oczy (najbardziej z przodu), co przyczyniać się może do pękania naczyń włosowatych. Z podobnych powodów przeciążenia mogą utrudniać dostawanie się krwi do tych samych miejsc, powodując na przykład zaburzenia wzroku i niedokrwienie mózgu. Ale bez obaw, nasze codzienne przeciążenia nie są dla nas niebezpieczne. Większość ludzi jest w stanie przeżyć przeciążenia do 8g, zaś tak duże wartości nie występują nawet na pętlach w kolejkach górskich. Najniebezpieczniejsze są przeciążenia ujemne, do których nasz organizm nie jest przystosowany, gdyż mogą skutkować wylewami.

      Jak w wielu dziedzinach życia, również tutaj znajdą się rekordziści. Największe przeżyte przez człowieka dobrowolnie przeciążenie miało wartość 46,2g. Uczestnik zdarzenia, podpułkownik John Stapp, osiągnął ten wynik w saniach rakietowych w roku 1954r. Podczas bicia rekordu stracił wzrok, który na szczęście odzyskał jakiś czas później. Ale nie można zapomnieć również o człowieku, który rekordzistą wcale nie pragnął zostać, a przynajmniej nie w tej dziedzinie. Mowa oczywiście o Davidzie Purley'u, kierowcy Formuły 1, który w roku 1977 przeżył przeciążenie o wartości 179,8g. Jak to możliwe? Okoliczności zmusiły go do gwałtownego hamowania podczas prowadzenia bolidu. Poruszając się z szybkością 173 km/h, zatrzymał się gwałtownie, w ciągu czasu potrzebnego na przebycie 66 cm jego szybkość zmalała do zera. Przeżył głównie dlatego, że był poddany temu przeciążeniu przez bardzo krótki czas. Im większą wartość ma przeciążenie, tym mniej czasu człowiek może mu być poddanym bez trwałego uszczerbku na zdrowiu.

      Przeciążenie jest zjawiskiem dość powszechnym, dlatego warto poszerzać swój zasób wiedzy na jego temat. Czekajcie cierpliwie na następne posty, a poznacie odpowiedzi na kolejne nurtujące was być może pytania. Dlaczego w windzie czujemy się lżejsi lub ciężsi? Czemu wagoniki w kolejce górskiej nie spadają, gdy wspinają się na "pętlę śmierci"? Jakich przeciążeń możemy doświadczyć na co dzień? Jakie jest przyspieszenie grawitacyjne Księżyca, Marsa, Jowisza, Plutona? Dowiecie się tego, czytając oficjalnego bloga naszej grupy.

      Źródła:

      http://pl.wikipedia.org/wiki/Przeci%C4%85%C5%BCenie

      http://www.ejectionsite.com/stapp.htm

      http://www.asag.sk/bio/purley.htm

      http://portalwiedzy.onet.pl/29550,,,,przeciazenie,haslo.html

       

       

      Szczegóły wpisu

      Komentarze:
      (0)
      Tagi:
      Autor(ka):
      projektnafizyke2013
      Czas publikacji:
      poniedziałek, 27 maja 2013 13:35
  • wtorek, 14 maja 2013
    • Witajcie na naszej stronie

      Witajcie na naszej stronie!

      Blog, który aktualnie czytacie, jest poświęcony fizycznemu pojęciu przeciążenia. Czym jest przeciążenie? W jaki sposób można je określić? W jakich sytuacjach występuje? Jaki ma wpływ na nasze życie? Na te i więcej pytań odpowiedzi znajdziecie na tej stronie.

      Witryna została założona w ramach Projektu Gimnazjalnego 2013 z fizyki przez grupę uczniów drugiego roku Polsko-Angielskiego Prywatnego Gimnazjum. Tematem naszego projektu są, jak zapewne zgadliście, właśnie przeciążenia. Oprócz odpowiedzi na pytania dotyczące tego interesującego zagadnienia, zamierzamy zamieścić tutaj również dokumentację przeprowadzanych doświadczeń oraz artykuły poświęcone eksperymentom myślowym, tak lubianym przez Alberta Einsteina.

      Zapewniamy, że strona będzie interesującym źródłem informacji. Mamy nadzieję, że zostanie ona ciepło przez Was przyjęta.

      Pozdrawiamy,

      Grupa Fizyczna Projektu Gimnazjalnego 2013 Polsko-Angielskiego Prywatnego Gimnazjum

      Szczegóły wpisu

      Komentarze:
      (0)
      Tagi:
      Autor(ka):
      projektnafizyke2013
      Czas publikacji:
      wtorek, 14 maja 2013 20:00