Klassisk Mekanikk

Question 1

Hva er mekanikk?

Answer 1

Mekanikk er den delen av fysikken som dreier seg om bevegelse og likevekt. Lover og metoder fra mekanikken anvendes i alle grener av fysikken.

Fra gammelt av er likevektslæren blitt kalt statikk, mens den delen av mekanikken som belyser sammenhengen mellom bevegelser og de kreftene som forårsaker bevegelser, kalles dynamikk.

Klassiske mekanikken omfatter bevegelser hvor hastigheten er liten i forhold til lyshastigheten. I relativistiske mekanikk, som ble utformet på begynnelsen av 1900-tallet, er derimot hastigheten så stor at det må tas hensyn til relativitetsteorien.

I kvantemekanikken behandles problemer innenfor atomfysikk.

Question 2

Hva sier Newtons første lov?

Answer 2

At dersom det ikke virker noen krefter på et legeme, eller hvis summen av kreftene på det er lik null, så vil legemet enten forbli i ro eller fortsette å bevege seg med konstant fart i en rettlinjet bevegelse. Det trengs altså en kraft både til å sette et legeme i bevegelse og til å endre hastigheten på det.

Question 3

Hva sier Newtons andre lov?

Answer 3

Newtons andre lov sier at når et legeme blir påvirket av én eller flere krefter, vil det få en akselerasjon i den retningen kreftene virker. Summen av kreftene på legemet er lik legemets masse ganger dets akselerasjon.

F = m*a

Question 4

Hva sier Newtons tredje lov?

Answer 4

Newtons tredje lov sier at når et legeme virker på et annet legeme med en kraft, vil det andre legemet virke tilbake på det første med en like stor kraft i motsatt retning. De to kreftene som omtales i Newtons tredje lov, kalles kraft og motkraft.

Question 5

Hva er et referansesystem?

Answer 5

Referansesystem er et grunnlag for entydige resultater, gitt ved måleenhet, tidspunkt og matematiske modeller. Innen fysikk er et referansesystem et system man beskriver bevegelse i forhold til.

I Newtons dynamikk og i den spesielle relativitetsteorien kalles et ikke-akselerert og ikke-roterende system som beveger seg langs en rett linje, for et inertialsystem. I et slikt system gjelder Newtons bevegelseslover.

I roterende referansesystemer opptrer derimot treghetskrefter, som sentrifugalkraft og corioliskraft, og de har ingen motkraft.

Question 6

Hva er et inertialsystem?

Answer 6

Inertialsystem er i fysikken et referansesystem der kraftloven, Newtons 1. lov, gjelder. Denne loven sier at dersom et legeme ikke er påvirket av noen kraft, vil legemet forbli i ro hvis det er i ro, eller fortsette å bevege seg med konstant fart langs en rett linje dersom det er i fart. Et inertialsystem kalles også et treghetssystem.

Question 7

Hva er corioliskraften?

Answer 7

Corioliskraften, mer korrekt kalt corioliseffekten, beskriver hvordan en bevegelse, som er rettlinjet i forhold til et koordinatsystem i ro, avbøyes dersom koordinatsystemet roterer. Avbøyningen er ikke forårsaket av en reell fysisk kraft, men av rotasjonen.

På grunn av jordrotasjonen har et sted ved ekvator en fart østover på mer enn 400 meter per sekund, ved 60° bredde (Bergen–Oslo–Stockholm og så videre) over 200 meter per sekund, ved Nordpolen null.

Luft som på den nordlige halvkule blåser rett sørover, vil derfor etter hvert komme til jordområder som har stadig større fart østover. Sett fra bakken vil derfor vinden dreie stadig mer mot vest jo lenger sørover den kommer; på jordkartet lager vinden en høyresving. Vind som blåser rett nordover på nordhalvkulen, vil ha med seg sterk fart mot øst fra sørlige strøk. Lenger nord vil vinden derfor ha større fart mot øst enn jordoverflaten under den har, så sett fra bakken vil vinden dreie stadig mer mot øst jo lenger nord den kommer. På kartet lager vinden også nå en høyresving. Store luftstrømmer og havstrømmer på den nordlige halvkule vil dreie mot høyre. På den sørlige halvkule vil avbøyningen gå mot venstre.

For å beskrive denne effekten sett fra den roterende Jorden (se inertialsystem) innfører man en fiktiv kraft som årsak til retningsendringen. Den kalles corioliskraft, først beskrevet i 1835 av franskmannen Gaspard-Gustave Coriolis (1792–1843).

Også i vertikalretningen virker jordrotasjonens avbøyende kraft. Et legeme som beveger seg østover langs jordoverflaten, vil ha en tendens til å løfte seg litt, virke lettere, og omvendt i vestgående retning. Effekten er svært liten og avtar fra ekvator til null ved polene.

Ifølge Baers lov vil alle elver på den nordlige halvkule grave mer på høyre enn på venstre bredd, og omvendt på den sørlige. Mange store elver har derfor sletteland med forlatte løp til venstre, men en bratt kant på høyre bredd. I historisk tid har Indus og Eufrat flyttet seg langt til høyre, og ruinbyer ligger nå langt ute i ørkenen, mens de i gammel tid lå ved elvene.

Question 8

Hva er en konservativ kraft?

Answer 8

Konservativ kraft er en kraft som er slik at arbeidet kraften har utført på en partikkel er null når partikkelen kommer tilbake til startpunktet, uansett hvilken bane partikkelen har fulgt. Det vil si at arbeidet som en konservativ kraft utfører på et legeme når det beveger seg fra et punkt til et annet, er uavhengig av banen legemet følger mellom punktene. Det er alltid mulig å tilordne en potensiell energi til et legeme som kun påvirkes av en konservativ kraft, slik at summen av legemets potensielle og kinetiske energi er bevart (konservert) når legemet bare er påvirket av denne kraften.

Question 9

Hva er et massesenter?

Answer 9

Massesenter er det punktet der et legeme kan balansere i likevekt hvis det befinner seg i et homogent (jevnt) tyngdefelt. Det betyr at i et homogent tyngdefelt er tyngdens kraftmoment om massesenteret lik null. Dersom et legeme er i et homogent tyngdefelt, faller massesenteret sammen med legemets tyngdepunkt, men i et inhomogent tyngdefelt flytter tyngdepunktet seg litt vekk fra massesenteret. Legemet kan balansere om tyngdepunktet både i et homogent og et inhomogent tyngdefelt. Tyngdefeltet ved jordoverflaten kan gjerne anses som homogent dersom man holder seg innenfor avstander som er små sammenlignet med størrelsen på Jorden.

Question 10

Hva sier minste virknings prinsipp?

Answer 10

Minste virknings prinsipp er et prinsipp fra klassisk mekanikk som sier at alle partikler beveger seg slik at en bestemt størrelse, partikkelens virkning, har enten minimal eller maksimal verdi, sammenlignet med virkningens verdi i nærliggende baner som partikkelen kan tenkes å følge. Virkningen er gitt som produktet av energi og tid.

Prinsippet ble opprinnelig fremsatt av Maupertuis i 1747, og kalles derfor også for Maupertuis’ prinsipp. Det ble senere formulert på en presis måte av Leonhard Euler og Joseph Lagrange.

Et spesialtilfelle av prinsippet er at en fri partikkel beveger seg mellom to punkter slik at reisetiden er minst mulig. Dette er analogt med Fermats prinsipp for lysets bevegelse.

Question 11

Hva er friksjon? Hva er uttrykk for tørr overflate og kinetisk friksjon?

Answer 11

Friksjon er ei kraft som verkar mellom to flater og hindrar dei i å bevege seg fritt i relasjon til kvarandre. Dersom ein lekam beveger seg langs ei rett linje, verkar friksjonen i motsett retning av rørsla (sjå figuren). Men ein lekam kan òg bli utsett for friksjon når han står stille, til dømes ein bil som er parkert i ein bakke (sjå statisk friksjon nedanfor). Når ein lekam, til dømes ein bil, beveger seg med konstant fart i ein sving, verkar friksjonskrafta vinkelrett på farten i den retninga vegen svingar (veggrep).

f_{s <= µs N}

f_{k = µk N}

Question 12

Hva kaller vi friksjon mellom væsker og gasser?

Answer 12

I væsker og gassar er det friksjon mellom stoff som glir mot kvarandre. Dette blir kalla viskositet eller seigleik.

Viskositet er et mål på en væskes motstand mot bevegelse. En væske med stor viskositet vil være vanskeligere å sette i bevegelse enn en væske med liten viskositet. Fluiditet er definert som invers av viskositet.

Question 13

Hvordan fungerer dynamisk viskositet?

Answer 13

Dersom en væske beveger seg over et fast underlag, vil det virke en friksjonskraft mellom væskemolekylene og det faste underlaget som bidrar til å bremse væskens bevegelse. Denne friksjonskraften setter opp en skjærspenning på væsken som avhenger av både egenskapene til væsken og det faste underlaget. Væskemolekylene nærmest det faste underlaget vil ha minst hastighet, mens de lenger unna vil ha større hastighet.

På lignende måte vil det virke en friksjonskraft F mellom to lag med væske som glir med forskjellig hastighet i forhold til hverandre. Viskositeten til væsken gir et mål på hvor stor denne motstanden mot relativ bevegelse mellom væskelagene er. Langs grenseflaten med areal A mellom de to væskelagene virker det en skjærspenning definert som τ=F/A. Den relative hastigheten mellom de to lagene med væske kalles skjærhastigheten v. Hastighetsgradienten eller skjærraten er definert som den relative hastigheten dividert med avstanden L mellom væskelagene, altså r=v/L. Newtons viskositetslov sier at skjærspenningen og hastighetsgradienten er proporsjonale. Dette kan skrives på matematisk form som τ=ηr, der proporsjonalitetskonstanten kalles dynamisk viskositet og er gitt den greske bokstaven η (eta). Dette betyr at man kan definere den dynamiske viskositeten som forholdet mellom skjærspenning og hastighetsgradient:

η=skjærspenning/hastighetsgradient=τ/r.

Viskositet definert på denne måten omtales enten som dynamisk viskositet, newtonsk viskositet eller noen ganger bare viskositet. Det har vist seg at mange væsker følger Newtons viskositetslov. I slike tilfeller regnes den dynamiske viskositeten som en materialparameter som avhenger av trykk og temperatur.

Question 14

Hvordan fungerer kinematisk viskositet?

Answer 14

Man kan merke seg at siden definisjonen av dynamisk viskositet er gitt som forholdet mellom skjærspenning og hastighetsforandring per lengde, vil den ha enhet kg/m·s og avhenge av massetettheten ρ til væsken. I mange tilfeller ønsker man å ha en størrelse som ikke involverer masse, og dividerer derfor dynamisk viskositet med tettheten til væsken, ν=η/ρ. Størrelsen representert ved den greske bokstaven ν (ny) kalles kinematisk viskositet, og måles i m2/s. Den kinematiske viskositeten har samme enhet som diffusjonskoeffisienten man måler ved diffusjon av væsker eller gasser, og kan forstås som en diffusjonskonstant. For eksempel vil tykkelsen av grenselaget nær en fast overflate ved laminær strømning være avhengig av væskens diffusjon som igjen bestemmes av den kinematiske viskositeten.

Question 15

Hvordan fungerer strukturviskositet?

Answer 15

Ved store hastigheter vil væsken går fra å være laminær til å være turbulent, og da kan Newtons viskositetslov bryte sammen. I slike tilfeller vil definisjonen av dynamisk viskositet gitt ovenfor møte problemer.

Men også ved laminær strømning vil noen væsker ha indre egenskaper som gjør at skjærraten i væsken ikke er proporsjonal med de ytre kreftene som påtrykkes væsken. Det betyr at den dynamiske viskositeten ikke lenger vil være uavhengig av hvor fort væsken beveger seg. Væsken kalles i slike tilfeller ikke-newtonsk, og man bruker betegnelsen strukturviskositet i stedet for dynamisk viskositet. I de fleste tilfeller er det mikroskopiske strukturer i væsken som gjør at den får en strukturviskositet. For eksempel vil tiksotropisk maling danne tredimensjonale nettverk på mikroskopisk skala som sørger for at den blir mer tyntflytende når den utsettes for skjærspenninger. Videre vil reopekse væsker bli mer tyktflytende jo større skjærspenning som benyttes. Strukturviskositet er mye brukt for dispersjoner og i polymerer og polymerløsninger.

Question 16

Hvordan fungerer luftmostant?

Answer 16

Luftmotstand er den bremsende kraften som luften utøver på legemer som beveger seg gjennom luften. Denne kraften virker alltid mot bevegelsesretningen.

Noe av luftmotstanden skyldes friksjon mellom legemets overflate og luften som stryker langs det. En annen del av motstanden skyldes forskjellen i trykk i luften foran og bak legemet. Bak legemet blir det virvler, og i virvlene er det undertrykk. Summen av trykkreftene på hele legemet blir derfor rettet mot bevegelsesretningen.

Question 17

Hva er årsaken til konstant fallhastighet?

Answer 17

Da luftmotstanden øker sterkt med hastigheten, vil legemer som faller etter hvert få en konstant fallhastighet. En fallskjermhopper kan for eksempel oppnå en fart på omkring 50 meter/sekund (m/s) før skjermen blir foldet ut. Regndråper har en fart i forhold til luften på nesten null for de minste dråpene til bortimot 10 m/s for de største. At store regndråper faller fortere enn små, skyldes at forholdet mellom tyngdekreftene som trekker regndråpene nedover, og luftmotstanden som bremser hastigheten, endrer seg med størrelsen på regndråpene. Luftmotstanden blir dobbelt så stor når tverssnittarealet blir dobbelt så stort, men tyngdekreftene øker enda raskere.

Question 18

Hva er sentripedalakselerasjon?

Answer 18

a = v^{2/r = - ω2r}

Sentripetalakselerasjon er akselerasjon rettet inn mot sentrum for et legeme som beveger seg i krum bane.

Question 19

Hva er impuls?

Answer 19

Impuls er en fysisk størrelse som er produktet av en kraft og tiden kraften virker. Impuls kalles også kraftstøt. Symbolet som brukes for impuls er I eller J, og SI-enheten for impuls er newtonsekund (Ns).

J = F*t

Den er også definert som endring i bevegelsesmengde.

Question 20

Hva er effekt?

Answer 20

Effekt er en fysisk størrelse og definert som omsatt energi per tidsenhet. Det kalles også ytelse. Effekt måles i watt.

I fysikken blir energi definert som evne til å utføre arbeid. Effekt blir da et uttrykk for tempoet arbeidet utføres i.

P = dW/dt

Motoreffekt:
P= τ · ω

Elektriskeffekt:
P = U · I

Question 21

Hva er relasjonen mellom kraften et objekt opplever og feltet til den potensielle energien som former kraften?

Answer 21

F = - ∇U

Kraften en føler er altså relatert til endringen i potensialet, e.g., gravitasjonsfeltet til jorden og kraften den medbringer.

Question 22

Hva er vinkelhastighet?

Answer 22

Vinkelhastighet er et mål på hvor raskt noe roterer.

ω = ∆θ/∆t og relatert til vinkelhastigheten med v = ω x r

Tenk spinnende skøyter og farten den har om r er liten eller stor.

Question 23

Hva er dreiemoment?

Answer 23

Dreiemoment er i mekanikken en krafts moment med om en akse. Momentet er produktet av kraften og dens arm. SI-enheten for dreiemoment er Nm (newtonmeter).

τ = r × F

Dreiemoment er rotasjonens analog til kraft i generell bevegelse.

Question 24

Hva er treghetsmoment?

Answer 24

Treghetsmoment er i fysikken et uttrykk for en gjenstands motstand mot å få rotasjonshastigheten endret.

Et punktformet legemes treghetsmoment om en akse er definert som massen ganger kvadratet av avstanden fra aksen til legemet. Matematisk kan dette uttrykkes ved formelen mr^{2, hvor m er massen og r er avstanden fra rotasjonsaksen.}

For et legeme med utstrekning finner man treghetsmomentet om aksen ved å summere treghetsmomentene om aksen for alle de enkelte massepunktene. I = ∑mr²

Treghetsmomentet bestemmer hvor stor bevegelsesenergi gjenstanden har i rotasjonen og hvor stort spinn gjenstanden har.

Question 25

Hva er Newtons andre lov for rotasjonsdynamikk?

Answer 25

Hvis flere enn et omdreiningsmoment virker på et objekt rundt en sentral akse så vil det totale omdreiningsmomentet være summen av de ulike som er lik trehetsmomentet ganget med den angulæreakselerasjonen.

∑τ = Iα = dL/dt hvor α = ∆ω/∆t og L = r × p = Iω

Det er også lik endringen i angulærbevegelsesmengde.

Question 26

Hva er rotasjonsarbeid, -effekt, -impuls og kinetisk energi?

Answer 26

W = τ∆θ

P = τ · ω

H = τ∆t

K = ½Iω²

Question 27

Hva er den universale gravitasjonskraften?

Answer 27

Gravitasjon er tiltrekningskraften mellom legemer som skyldes at de har masse.

Gravitasjonsloven ble først formulert av Isaac Newton i hans bok Principia, som kom ut i 1687. To legemer med masser m_{1 og m2 og avstand r, tiltrekker hverandre med en kraft F som er rettet langs den rette linjen mellom legemene, og som er proporsjonal med produktet av massene og omvendt proporsjonal med kvadratet av avstanden,}

F _{g = - G m1 m2 / r²}

Question 28

Hvilke egenskaper har gravitasjonen?

Answer 28

Tyngdekraften til jorda som trekker på et legeme på jordoverflaten, er ikke like stor på forskjellige steder på jordoverflaten. Det kommer blant annet av Jordens rotasjon, flattrykning og høyden over havet. Et legeme på Nordpolen trekkes litt sterkere mot jordens sentrum enn et legeme ved ekvator. Tyngdens akselerasjon ved Nordpolen er 9,83 meter per sekund i andre potens (m/s²) og ved ekvator 9,78 m/s².

Videre fører forskjellig densitet av bergartene i jordskorpen til lokale variasjoner av tyngdekraften. Loránd Eötvös konstruerte et instrument, Eötvös torsjonsvekt, til å måle små forandringer i tyngden, og følsomheten er så stor at man kan måle en variasjon i tyngdens akselerasjon på mindre enn 10⁻¹¹m/s². Slike målinger kan gi opplysninger om sammensetningen av jordskorpen. (Se også tyngdens akselerasjon.)

Question 29

Hva er Hookes lov?

Answer 29

Hookes lov er en fysisk lov, oppkalt etter Robert Hooke, som sier at kraften som skal til for å endre lengden på en springfjær er proporsjonal med endringen uansett om man strekker eller trykker sammen fjæren.

F = − k∆x

En konsekvens av denne loven er at en fjær som er deformert vil, i fravær av tap, svinge med en harmonisk bevegelse hvor amplitude (utslaget) beskriver en perfekt sinuskurve. Denne elegante matematiske bevegelsesligningen har gjort at Hookes lov har fått stor betydning i fysikken. Loven er funnet å gjelde tilnærmet i mange sammenhenger, for eksempel for vibrasjoner i molekyler og faste stoffer.

Question 30

Hva er den potensielle energien til en fjær?

Answer 30

U_{s = ½k∆x²}

Question 31

Hva er trykk?

Answer 31

Trykk er kraft delt på areal. Mer presist er det forholdet mellom kraft som virker vinkelrett inn mot en flate og arealet av flaten. Trykket kan virke mot overflaten av et legeme eller mot en tenkt flate i legemets indre.

P = F/A

Trykk kan opptre i flere sammenhenger:
- Mellom legemer, for eksempel når et bildekk gir et trykk på en vei.
- I en gass, som lufttrykket inne i et bildekk.
- I væske, som trykket fra vannet mot ørene når man dykker.
SI-enheten for trykk er pascal = newton/m2 som forkortes med Pa. Andre enheter som bar (1 bar = 105 Pa), atmosfære, torr og psi brukes også. Det er vanlig å bruke p som symbol for trykk.

Question 32

Hva er trykk i en veske?

Answer 32

Trykkøkningen med dybden i en væske eller gass i ro er gitt i formelen for hydrostatisk likevekt,

p=p0+ρgh

der p er trykket i en dybde h under overflaten, er overflatetrykket, ρ er tettheten av væsken og g er tyngdens akselerasjon. Luftens tyngde gjør at atmosfærens trykk er størst ved jordoverflaten.

Formelen for hydrostatisk likevekt innebærer både at trykket i atmosfæren avtar med høyden, og at trykket i en væske øker med dybden.

Question 33

Hva er trykket i en gass?

Answer 33

I gasser er vanligvis avstanden mellom molekylene så stor at en kan neglisjere krefter mellom molekylene og dessuten molekylenes eget volum når en skal sette opp gassens tilstandslikning. Gasser som oppfyller disse betingelsene, kalles ideale gasser, og sammenhengen mellom trykk, p, volum, V, og temperatur, T, (gitt i kelvin) er gitt i tilstandslikningen for ideal gass,

p = nRT/V

der n er antall mol i gassen og R er den molare gasskonstanten. Vi ser at en gass som ekspanderer, får lavere trykk, mens en gass som varmes opp, får høyere trykk.

Question 34

Hva er hydrodynamisk trykk?

Answer 34

I tillegg til det hydrostatiske trykket, vil også bevegelsen til gasser og væsker påvirke og påvirkes av trykket (hydrodynamisk trykk). Her spiller bernoulliligningen en viktig rolle .

Question 35

Hva er Bernoulli ligningen?

Answer 35

Bernoulliligningen beskriver en væskes tilstand langs en strømlinje. Den brukes til å beregne størrelser som for eksempel trykk og hastighet i en væske.

For en væske med hastighet v og massetetthet ρ kan Bernoulligningen kan skrives som

p+ρv^{2/2 + ρgh = konstant}

der p er trykket, g er tyngdens akselerasjon og h er den vertikale høyden i gravitasjonsfeltet. Ligningen gjelder under forutsetning av at væsken er friksjonsfri og inkompressibel. I utledningen av ligningen antas det også at man følger en strømlinje, og at strømningen ikke er turbulent.

Question 36

Hvilke grunnleggende lover har vi i hydrodynamikk?

Answer 36

Hydrodynamikk er læren om væskers og gassers bevegelser på makronivå.

Hydrodynamikken bygger på prinsippene om bevaring av masse, energi og bevegelsesmengde. Prinsippene uttrykkes matematisk ved henholdsvis kontinuitetsligningen, Bernoullis energiligning og bevegelsesligningene.

Ved forhold som ikke endres med tiden, stasjonære forhold, sier kontinuitetsligningen at det må komme like mye væske ut av et rør per sekund som det strømmer inn i det, selv om røret har varierende tverrsnitt (for eksempel at det er trangere ved utgangen enn ved inngangen).

Bernoulliligningen sier at ved ethvert tverrsnitt i et væskerør er summen av bevegelsesenergi, «trykkenergi» og potensiell energi i tyngdefeltet konstant. Dette innebærer for eksempel at i en innsnevring av et rør, der hastigheten til væsken er stor, vil trykket være lite.

Bevegelsesligningene er Newtons 2. lov anvendt på væsker. Disse ble formulert for væsker uten friksjon av Leonhard Euler (1707–1783) og Joseph Louis Lagrange, og for væsker med viskositet av Claude-Louis Navier (1785–1836) og George Stokes. Bevegelsesligningene beskriver hvordan væsker eller gasser forandrer sin bevegelse på grunn av krefter.

Question 37

Hva forårsaker trykk i en gas?

Answer 37

I den kinetiske gassteorien forklares trykk i en gass som et resultat av molekylenes bevegelse, og støt fra molekyler mot en flate. Temperaturen er et mål for molekylenes bevegelsesenergi. Når temperaturen i en gass synker, beveger molekylene seg langsommere, og trykket synker.

Question 38

Hvilket gresk ord kommer begrepet gass fra?

Answer 38

Kaos.

SNL: Kinetisk gassteori er en teori som ble fremsatt av August Krönig i 1856 og Rudolf Clausius i 1857. Begrepet gass ble innført allerede i 1643 av Jan van Helmont, og kommer fra det greske ordet for kaos. Den første modellen av en gass var en statisk modell hvor man antok at molekylene var i en gass fordi det virket frastøtende krefter mellom dem og at de lå i ro.

Question 39

Hvilke fire antakelser gjør vi for kinetisk gasmodell?

Answer 39

Den kinetiske modellen av en gass bygger på fire antakelser:

• En gass består av en samling molekyler i kontinuerlig og tilfeldig bevegelse.
• Gassmolekylene er punkter.
• Gassmolekylene beveger seg i rette linjer til de kolliderer.
• Det virker ingen krefter mellom molekylene unntatt når de kolliderer.

En gass som oppfyller disse antagelsene sies å være en idealgass. Fra denne modellen beregnet Krönig og Clausius en tilstandsligning for en slik ideell gass.

Question 40

Hva er Magnuseffekten?

Answer 40

Magnuseffekten er en virkning som oppstår når et roterende objekt beveger seg gjennom et fluidum (gass eller væske). Det roterende objektet vil da følge en bane som avviker i forhold til den banen det ville ha fulgt om objektet ikke roterte. Magnuseffekten er årsaken til at for eksempel fotballer kan bevege seg i en kurvet bane (skru).

Hvis rotasjonsaksen er horisontal, og kulen roterer forover på toppen, vil kraften virke nedover og kulen vil da falle raskere til bakken enn i en normal ballistisk bane. Motsatt rotasjon vil bidra til å løfte objektet. Hvis rotasjonsaksen er vertikal, vil man få en tilsvarende kraft rettet mot høyre eller venstre i horisontalplanet, avhengig av rotasjonsretningen.

Når en ball beveger seg gjennom luften, vil luftstrømmen følge ballens overflate før den «slipper» i bakkant. På den siden av ballen som roterer samme vei som luftstrømmen, vil hastigheten mellom luften og ballen være lavere enn på motsatt side, og luften vil dermed følge overflaten lenger bakover før den slipper (forlater) ballens overflate (se figur). Dette fører til en avbøying av luftstrømmen bak ballen. Når luftstrømmen får en bevegelse i én retning, vil ballen få en bevegelse i motsatt retning, noe som følger av både prinsippet om bevaring av bevegelsesmengde og Newtons tredje lov om kraft og motkraft.

Med en rotasjon der ballen beveger seg forover på toppen (toppspinn), vil for eksempel luftstrømmen bak ballen avbøyes oppover og utløse en kraft på ballen som virker nedover.

Question 41

Hva er presesjon?

Answer 41

Presesjon er det at rotasjonsaksen for et legeme som roterer endrer seg langsomt, for eksempel på grunn av påvirkning fra tyngdekraften. Man kan se presesjon når en snurrebass roterer med en rotasjonsakse som ikke er helt loddrett. Da vil aksen bevege seg med konstant skråning rundt loddlinjen i en kjegleformet figur.

Question 42

Hva er bulkmodul?

Answer 42

Bulkmodul, også kalt kompresjonsmodul, er et begrep i mekanikken som uttrykker hvor stor forandring i trykk som skal til for å gi en bestemt forandring i volum.

Dersom vi tenker oss et objekt med volum V, vil en forandring ΔP i trykket på objektet gi opphav til en forandring ΔV i objektets volum. Bulkmodulen er da gitt som B = – V(ΔP/ΔV). Bulkmodulen måles i pascal.

Question 43

Hva er elastisitet?

Answer 43

Elastisitet er en egenskap ved et legeme som gjør at det forandrer form eller størrelse (deformeres) under påvirkning av ytre krefter og gjenvinner sin opprinnelige form når kreftene fjernes. Dersom et legeme får tilbake nøyaktig samme fasong som det hadde før det ble deformert av en kraft, sies det å være hundre prosent elastisk.

I elastiske legemer har de deformerende kreftene motkrefter i form av elastiske krefter inne i legemet. Disse skyldes at legemets atomer eller molekyler forskyves fra sin likevektsstilling. Elastiske krefter per flateenhet kalles spenninger. Når en stav med lengde l og tverrsnitt A trykkes sammen eller strekkes i lengderetningen av en kraft F, blir spenningen S = F/A. Etter Hookes lov, som har god gyldighet ved relativt små deformasjoner, er deformasjonen proporsjonal med den deformerende kraft, slik at lengdeforandringen Δl er gitt ved

Δl /l =(1/E)· S

Hvor E er en størrelse som avhenger av materialet og kalles elastisitetsmodulen eller Youngs modul. Denne er meget stor for stål, mindre for for eksempel kobber og aluminium og særlig liten for myk gummi og geléaktige stoffer.

På tilsvarende måte kan man angi uttrykk for andre former for deformasjon: en skjærmodul for skjærspenninger, en torsjonsmodul for vridning og en volummodul for volumforandring. Skjærspenninger oppstår ved tverrbelastning når de ytre krefter som holder hverandre i likevekt er parallellforskjøvet i forhold til hverandre. Volummodulen har særlig betydning for væsker og plastiske legemer.

Question 44

Hva er en elastisitetsgrense?

Answer 44

Elastisitetsgrense er en mekanisk spenning eller belastning som ikke må overskrides hvis et stoff (plate, stang, tråd) skal vende tilbake til sin opprinnelige form. Strengt tatt vil det alltid bli varige deformasjoner i et legeme som blir utsatt for merkbare spenningsforandringer. Det er derfor fastsatt en praktisk elastisitetsgrense: den spenningen som medfører en varig lengdeforandring på 0,003–0,010 % av den opprinnelige lengden.

Question 45

Hva er elastisk tretthet?

Answer 45

Utsettes et elastisk legeme for gjentatte formforandringer, for eksempel bøyninger frem og tilbake, inntrer til slutt brudd selv om hver enkelt bøyning ikke går ut over det som er tillatt. Dette kalles elastisk tretthet, og har stor betydning i teknikken. Det er dette som vanligvis begrenser levetiden for konstruksjonsdeler som fjærer og aksler.

Question 46

Hva er skjærspenning?

Answer 46

Skjærspenning er en type indre spenning som oppstår i et stivt, elastisk legeme ved tverrbelastning.

I et legeme som utsettes for tverrbelastning oppstår det krefter, kalt skjærkrefter, som virker parallelt med et tverrsnitt gjennom legemet. Disse tas opp av legemets materiale hvorved det dannes indre spenninger kalt skjærspenninger, som kan føre til deformasjon av materialet ved glidning langs planet der spenningen opptrer. Skjærspenning kan også observeres i væsker.

Studiet av skjærspenninger i naturen er av stor betydning for forståelsen av blant annet skred og jordskjelv. Begrepet ble introdusert i 1713 av den franske matematikeren og fysikeren Antoine Parent (1666–1716), og videreutviklet av Charles Augustin de Coulomb på 1770-tallet.