Tässä osassa pureudutaan liikettä vastustaviin voimiin. Liikettä vastustavat voimat ovat tärkeässä osassa melkeinpä missä tahansa käytännön ongelmassa ainakin, kun puhutaan arkielämän mittakaavoista. Hetkinen... Eikö maailma siis olekaan kitkaton tyhjiö?! No, eipä oikeastaan. Liikettä vastustavat voimat on monesti olennaista ottaa huomioon mekaanisen systeemin käyttäytymistä mallinnettaessa, vaikka koulukirjojen fysiikanlaskuissa ne usein jätetäänkin huomioimatta yksinkertaistuksen vuoksi.

Liikettä vastustavat voimat ovat monissa käytännön tilanteissa ongelmallisia, koska niistä johtuen mekaanisen systeemin energia dissipoituu hyödyttömäksi lämpöenergiaksi, ja käytännössä häviää systeemistä. Toisaalta liikettä vastustavien voimien nimitys on jokseenkin harhaan johtava, sillä monissa tapauksissa ne myös mahdollistavat liikkeen. Olet varmaankin joskus jäälle astuessasi huomannut, että maanpinnan ja kenkien välinen kitka on varsin olennainen kävelemisen ja pystyssä pysymisen kannalta. Toivottavasti ei käynyt pahemmin.

Tämän osan ensimmäisellä videolla puhutaankin kitkavoimien syistä ja seurauksista. Kitkavoimat voidaan jakaa lepokitkaan ja liikekitkaan riippuen kappaleen liiketilasta. Kitkavoimia voidaan mallintaa yksinkertaisimmin kitkakertoimien avulla.


Toisessa videossa tarkastellaan toista arkielämässä olennaista liikettä vastustavaa voimaa, väliaineen vastusta. Arkielämästä tuttuja väliaineen vastuksia ovat esimerkiksi ilmanvastus ja vedenvastus uidessa. Tällä videolla päästään myös vihdoin käsittelemään heittoliikettä ilmanvastuksen kanssa, ja päädytään ratkaisemaan pari separoituvaa differentiaaliyhtälöä. Työnnähän siis silmälasisi korkealle nenänvarteen, ja vedä propellihattu korvien päälle, niin kaikki menee varmasti hyvin.

linkki videoon Panoptossa


Lisämateriaalia

Nettotyödemonstraatio - Demossa selviää ero konservatiivisten ja ei-konservatiivisten voimien välillä.


Työn kaavan täydellinen muoto on \( W = \int_{A}^{B}{\vec{F} \cdot d \vec{l}} \). Pistetulo tarkoittaa, että kulkusuunnan \(\vec{l}\) ja voiman \(\vec{F}\) välisellä kulmalla on erittäin tärkeä rooli tehdyn työ kannalta. Mikäli voima ja kulkusuunta ovat kohtisuoria, pistetulo ja näin ollen myös tehty työ on nolla. Jos taas liike on samansuuntainen voiman kanssa, kaava yksinkertaistuu monelle tuttuun muotoon \( W = F l \). Liikettä vastustavan voiman tekemä työ on aina negatiivista.

Last modified: Friday, 9 October 2020, 2:51 PM