Transcript lec4.ppt

‫חוקי ניוטון‬
‫חוקי ניוטון‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫חוק ‪ – I‬גוף יתמיד במצבי התנועה שלו‪ ,‬הן של‬
‫מנוחה והן של תנועה על קו ישר במהירות קבועה‪,‬‬
‫כל עוד שקול הכוחות החיצוניים שפועלים עליו הנו‬
‫אפס‪.‬‬
‫החוק הראשון של ניוטון כולל אימפליקציות על‬
‫הסימטרייה היסודית של היקום והיא שמצב תנועה‬
‫על קו ישר ובמהירות קבועה הנו "טבעי" באותה‬
‫מידה כפי שמצב מנוחה הנו טבעי‪.‬‬
‫אם גוף נמצא במנוחה במערכת‬
‫ייחוס אחת הוא יראה בתנועה לצופה‬
‫במערכת ייחוס שניה הנעה ביחס‬
‫לראשונה במהירות קבועה לאורך קו‬
‫ישר; לא ניתן לקבוע איזו מבין‬
‫המערכות היא "מיוחדת"‪ ,‬כך שכל‬
‫מערכות הייחוס שנמצאות בתנועה‬
‫יחסית ובמהירות קבועה האחת‬
‫ביחס לשניה הן שוות ערך‬
‫(אקויולנטיות)‪.‬‬
‫‪B‬‬
‫‪O‬‬
‫‪vB  0‬‬
B
O
vB  0
B
O`
v'B  0
‫במערכת ‪ O‬החלקיק ‪ B‬נע‬
‫במהירות קבועה‪.‬‬
‫‪B‬‬
‫‪O‬‬
‫במערכת ’‪ O‬שנעה ימינה‬
‫ביחס למערכת ‪ ,O‬חלקיק‬
‫במנוחה ב‪ O -‬יראה בתנועה‬
‫שמאלה ביחס לצופה ב‪.O' -‬‬
‫‪B‬‬
‫`‪O‬‬
‫חוקי ניוטון‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫תנועה במהירות קצובה‬
‫במעגל אפשרית אך ורק אם‬
‫כוח‬
‫פועל‬
‫הגוף‬
‫על‬
‫אל‬
‫(פונה‬
‫סנטריפוגלי‬
‫המרכז)‪ .‬במידה ועל הגוף‬
‫לא יפעל כוח המתיחות ‪T‬‬
‫ינוע הגוף במהירות קבועה‬
‫בכיוון המשיק‪.‬‬
‫אם החוט נקרע‪ ,‬המסה ‪M‬‬
‫תנוע על קו ישר באותו כיוון‬
‫תנועתו בזמן קריעת החוט‪.‬‬
‫‪M‬‬
‫‪v‬‬
‫‪T‬‬
‫‪C‬‬
‫‪Mv 2‬‬
‫=‪T‬‬
‫‪R‬‬
‫חוקי ניוטון‬
‫‪‬‬
‫חוק ‪ - II‬שקול הכוחות החיצוניים שפועלים על הגוץ‬
‫שווה למכפלת מסת הגוף בתאוצתו‪.‬‬
‫‪ ΣFext = ma‬‬
‫{תאוצת הגוף} {מסת הגוף} = {שקול הכוחות החיצוניים}‬
‫‪‬‬
‫בניסוח זה החוק תקף בתופעות פיסיקליות רבות‪ ,‬אבל‬
‫הוא אינו עיקרון יסוד כמו חוק שימור התנע‪.‬‬
‫תנאים מגבילים‬
‫‪ (1‬לא ניתן להשתמש בחוק ישירות במצבים שבהם המסה‬
‫משתנה‪ ,‬בשל איבוד חומר‪ ,‬או בגבול היחסותי‬
‫(רלטיביסטי) כאשר הגוף נע במהירויות גבוהות (קרובות‬
‫למהירות האור)‪.‬‬
‫‪ (2‬החוק אינו תקף למערכות אטומיות‪ ,‬מולקולאריות‪ ,‬או‬
‫גרעיניות‪ .‬כאשר מדובר במערכות קטנות יש להשתמש‬
‫במכאניקה קוונטית‪.‬‬
‫‪ )3‬החוק השני של ניוטון‬
‫מאפשר לנו להשוות‬
‫תוצאות הפעלת אותו כוח‬
‫על שני גופים שונים‪:‬‬
‫‪F = mA‬‬
‫‪F = Ma‬‬
‫‪a‬‬
‫‪m‬‬
‫‪a‬‬
‫=‬
‫=‬
‫‪M‬‬
‫‪A‬‬
‫‪A‬‬
‫חוקי ניוטון‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫החוק השני מאפשר חישוב מסלול‬
‫כפונקציה של המקום והזמן‬
‫התנועה של גוף אם ידוע שקול‬
‫הכוחות החיצוניים שפועלים עליו‪.,‬‬
‫משוואה דיפרנציאלית שמקשרת‬
‫בין הכוח לתאוצה‪ .‬והיא שקולה‬
‫לשלוש משוואות סקלאריות‪:‬‬
‫פיתרון המשוואה כולל את‬
‫כל האינפורמציה הדרושה לתיאור‬
‫מצב התנועה של הגוף‪.‬‬
‫‪d 2r‬‬
‫‪F  r,t  = ma = m 2‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪d2x‬‬
‫‪Fx  r,t  = m 2‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪2‬‬
‫‪d y‬‬
‫‪Fy  r,t  = m 2‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪d2z‬‬
‫‪Fz  r,t  = m 2‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪ x  t  ,y  t  ,z  t ‬‬
‫‪r t ‬‬
‫חוקי ניוטון‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫חוק ‪ -III‬לכל פעולה יש תגובה השווה לה בגודלה והפוכה‬
‫בכיוונה‪.‬‬
‫במילים אחרות‪ :‬כל הכוחות ביקום מופיעים בזוגות כוחות‬
‫שעוצמותיהם שוות וכיווניהם הפוכים‪ .‬אין כוחות מבודדים‬
‫אם הסביבה מפעילה על גוף כוח חיצוני ‪ Fext‬יפעיל הגוף‬
‫כוח ‪ - Fext‬על סביבתו‪.‬‬
‫אם על גוף אחד במערכת של גופים פועל כוח פנימי ‪Fint‬‬
‫יפעיל הגוף על שאר חלקי המערכת כוח ‪. - Fint‬‬
‫מערכת כלשהי אינה יכולה להתניע עצמה אר ורק ע"י‬
‫הכוחות הפנימיים שבה‪.‬‬
‫החוק השלילי‪-‬דוגמא‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫משקלי הגופים ‪ w‬ו‪ W -‬מיצגים את‬
‫כוח הכבידה שמפעיל הארץ על‬
‫הגופים‪ .‬הבלוקים מפעילים בתגובה‬
‫כוח על הארץ השווה ל‪ -w -‬ול‪.-W -‬‬
‫המסה ‪ m‬מפעילה כוח כלפי מטה על‬
‫‪ M‬ובתגובה ‪ M‬מפעילה כוח על ‪m‬‬
‫כלפי מעלה‪.‬‬
‫המסות מפעילות כוח כולל של‬
‫‪ W+w‬כלפי מטה על המאזניים‬
‫והמאזניים מפעילים כוח ‪W+w‬‬
‫כלפי מעלה על שתי המסות‪.‬‬
‫‪m‬‬
‫‪M‬‬
‫מאזני קפיץ‬
‫החוק השלילי‪-‬דוגמא‬
‫זוגות של כוחות מאוירים בצבע זהה‪.‬‬
‫‪m‬‬
‫‪mg‬‬
‫‪w=mg‬‬
‫‪m‬‬
‫‪M‬‬
‫‪M‬‬
‫‪Mg‬‬
‫‪W=Mg‬‬
‫‪Mg‬‬
‫מאזני קפיץ‬
‫‪Mg‬‬
‫‪mg‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫הערות‪:‬‬
‫חוק הפעולה והתגובה הנו מסקנה‬
‫מתחייבת מחוק שימור התנע‬
‫במערכת מבודדת של שני גופים‬
‫התנע הכולל הנו קבוע‬
‫‪P = p1 +p 2 = const.‬‬
‫‪Δ  p1 +p 2  = 0‬‬
‫‪Δp1 = -Δp 2‬‬
‫‪ p1‬התנע שמוסר ‪ 2‬ל – ‪p1  p  2  1 :1‬‬
‫‪ p 2‬התנע שמוסר ‪ 1‬ל – ‪p 2  p 1  2  :2‬‬
‫‪‬‬
‫נחלק ב‪ – Δt -‬זמן האינטראקציה‬
‫‪p1 p‬‬
‫‪‬‬
‫‪ 2  1‬‬
‫‪t‬‬
‫‪t‬‬
‫‪p 2 p‬‬
‫‪‬‬
‫‪1  2 ‬‬
‫‪t‬‬
‫‪t‬‬
‫‪‬‬
‫בגבול ‪ Δt  0‬ונשתמש בהגדרת‬
‫הכוח ונקבל‪:‬‬
‫‪dp 2‬‬
‫‪ ‬‬
‫‪  F 1  2 ‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪dp1‬‬
‫‪F  2  1 ‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪F  2  1   F 1  2 ‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫השוויון מתקיים בו זמנית‪ :‬הכוח‬
‫אשר בו הגוף השני פועל על הגוף‬
‫הראשון שווה להיפוך הכוח אשר בו‬
‫הגוף הראשון פועל על הגוף השני‪.‬‬
‫נהוג לקרוא ל (‪ F)12‬ול‪F)21( -‬‬
‫"פעולה" ו"תגובה"‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫נדגיש שמדובר בפעולת גומלין הדדית בין שני הגופים‪.‬‬
‫לפיכך רצוי להשתמש על אינטראקציה בין שני‬
‫הגופים‪.‬קיימת סימטריה בין שני הגופים‪ :‬אין כאן גוף‬
‫יוזם וגוף מגיב‪.‬‬
‫שני הכוחות (‪ F)12‬ול‪ F)21( -‬וכל זוג "פעולה"‬
‫ו"תגובה" כנ"ל אינם מאזנים זה את זה כי הם פועלים‬
‫על גופים שונים‪.‬‬
p2 `
F  2  1
F 1  2 
p1 `
‫מד ‪ -‬כוח‬
‫‪‬‬
‫לא נוח תמיד לחזור ולמדוד‬
‫מסירת תנע‪ .‬אם נתבונן‬
‫במערכת אשר בה קיימת‬
‫אינטראקציה בין שני גופים‬
‫המועברת באמצאות קפיץ‪,‬‬
‫נמצא כי כל עוד עיוות הקפיץ‬
‫קטן הוא בקירוב פרופורציוני‬
‫לכוח הפועל בין שני הגופים‪:‬‬
‫‪F21 = -F12‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪F = -kx‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫לפיכך אפשר לכייל קפיץ תקן‪,‬‬
‫(אפילו לא ליניארי) אם נסמן‬
‫לכל עיבור את הכוח המתאים‬
‫הנמדד (ע"י מדידת מעבר‬
‫תנע)‪ ,‬באופן כזה בנינו מד‪-‬‬
‫כוח‪.‬‬
‫מכאן ואילך נניח שנוכל‬
‫למדוד כוחות באמצאות מד‪-‬‬
‫כוח‪.‬‬
‫תנועה בתווך מתנגד‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫נדון בתנועת גוף בתווך מתנגד‪.‬‬
‫זאת דוגמא ליישום משוואת‬
‫התנועה של ניוטון אשר אינה לגמרי‬
‫טריוויאלית אך עדיין פשוטה למדי‪.‬‬
‫לעיתים כוח החיכוך המתנגד‬
‫‪n v‬‬
‫‪Fres  -kv‬‬
‫לתנועתו של גוף גדל עם מהירות‬
‫‪v‬‬
‫הגוף‪ .‬דוגמאות ידועות לכך הן‬
‫התנגדות האוויר וצמיגות הנוזלים‪k = const > 0 , n  N .‬‬
‫כללית כוח ההתנגדות (‪ Fres)V‬הוא‬
‫פונקציה די מסובכת של מהירות‬
‫בתוך ‪ ,V‬אך לעיתים קרובות אפשר‬
‫להסתפק בהנחה כי כוח ההתנגדות‬
‫פרופורציונאלי לחזקה של גודל‬
‫המהירות ומנוגד לו‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫כאשר מהירות הגוף קטנה בגודלה‬
‫אפשר לקרב את כוח ההתנגדות ע"י‪:‬‬
‫כוח מסוג זה נקרא צמיגי‪ .‬הקבוע ‪k‬‬
‫(קבוע הצמיגות) תלוי בגודלו וצורתו‬
‫של הגוף ובתכונות הזורם‪.‬‬
‫נצמצם כאן את הדיון למקרה הפשוט‬
‫של נפילת גוף בתווך צמיגי‪ ,‬כגון‬
‫אוויר‪ ,‬מים או שמן‪.‬‬
‫‪Fres  -kv‬‬
‫‪k = const > 0‬‬
dP
=ΣFi
dt
dr
v=
dt
dP
d
dd 
d 2r
=  mv  =  r  m = m 2
dt
dt
dt  dt 
dt
d2r
m 2 = ΣFi
dt
kv
mg
:‫משוואת התנועה‬
‫ וקטור המקום של‬r ‫יהי‬
:‫ מהירות הגוף‬V ,‫הגוף‬


‫‪‬‬
‫נפתור למקרה של נפילה‬
‫בהשפעת הכובד‬
‫‪ ‬כוח הכובד‬
‫‪Fg =mg‬‬
‫‪Ff =kv‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫כוח החיכוך‬
‫נצמצם את הדיון לנפילה‬
‫אנכית‪.‬‬
‫‪d 2r‬‬
‫‪dr‬‬
‫‪m 2 +k =mg‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪ 0,0,g ‬‬
‫‪ 0,0,v ‬‬
‫‪ 0,0,z ‬‬
‫‪g ‬‬
‫‪v ‬‬
‫‪r ‬‬
‫‪d2z‬‬
‫‪dz‬‬
‫‪m 2 +k‬‬
‫‪= mg‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪‬‬
‫משוואה דיפרנציאלית מסדר‬
‫שני לא הומוגנית; אך רק‬
‫מסדר ראשון במהירות‬
‫‪+ kv = mg‬‬
‫‪k‬‬
‫‪ v = g‬‬
‫‪m‬‬
‫‪k‬‬
‫‪ v‬‬
‫‪m‬‬
‫‪‬‬
‫הגוף משוחרר ממנוחה‪:‬‬
‫‪‬‬
‫או‬
‫‪dv‬‬
‫‪m‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪dv‬‬
‫‪+‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪dv‬‬
‫‪=g‬‬‫‪dt‬‬
‫‪v  t=o   0‬‬
‫‪ma  t=0  = mg‬‬
‫‪a0 = g‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪m‬‬
‫מהירות גבולית כאשר ‪v  = g = τg a=0‬‬
‫‪k‬‬
‫מייצג זמן אופייני של הבעיה‪.‬‬
‫; ‪kv  = mg‬‬
‫‪m‬‬
‫=‪τ‬‬
‫‪k‬‬
‫‪1‬‬
‫‪g- v=x‬‬
‫‪τ‬‬
‫‪‬‬
‫‪1‬‬
‫‪- dv = dx‬‬
‫‪τ‬‬
‫נציב במשוואת התנועה‬
1 dv
=x
τ dx
1
dt = -τdt
x
1
 x dt = -τ  dt
lnx = -τt + c
x  t  = x 0e
-t
τ
; x 0  x(t=0)
1
1
x0 = x(t=0)  g - v  t=0   g-  0 = g
τ
τ
‫כאשר‬
1
x  t  = g - v  t  = ge
τ
-t
τ
x,x0 ‫נחזור ונציב את‬
‫בפיתרון שמצאנו‬
-t


τ
v  t  = τg 1 - e 


 
-t


dv
1
a t =
= - τ -1g   e τ
dt
 -1 
 τ
a  t  = ge
‫התאוצה‬
-t
τ
‫או‬

dz
= vt
dt
;
dz = v  t  dt
 dz =  v  t  dt
-t


τ
z  t  - z 0 =  v  t  dt =   τ  g 1 - e dt


t
t
0
0
-t
τ
= τg  dt` - τg  e dt`
t
 -t` 
-t
e τ 


2
τ
= τgt - τg   = τgt - τ g  e - 1
-1


 
 τ 0
‫המקום‬

‫ ונחזור ונציב‬0=Z0 ‫נבחר‬
m
τ
k
mg m
 mg 
zt = 
 t + 2 - 2 g e
k
k
 k 
k 


 t 
mg
m
zt =
 t + 1 - e  m   

k 
k 


2
k

 t 
m
v  t  =   g 1 - e  m  
 k  

a  t  = ge
k
-  t
m
2
k
-  t
m

:‫ונקבל‬
:‫נסכם אפוא‬
‫ניסוח פרמטרי של הפתרון‬
‫‪dv‬‬
‫‪m‬‬
‫‪+ kv = mg‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪ ‬מתוך הסתכלות במשוואה עצמה ניתן‬
‫‪ 0‬‬
‫ללמוד הרבה על הפיתרון‪.‬‬
‫אם הגוף מתחיל את נפילתו ממנוחה כי אז‬
‫ולכן‪:‬‬
‫או‬
‫‪v  t=0‬‬
‫‪ dv ‬‬
‫‪m   = mg‬‬
‫‪ dt  t=0‬‬
‫‪a0 = g‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫קצב השינוי במהירות בזמן ‪ t=0‬שווה‬
‫לתאוצה ‪ .g‬כוח העילוי עם זאת מתנגד‬
‫לתנועה‪ .‬התאוצה תלך ותקטן עוד אשר‬
‫הכוח הצמיגי (כוח העילוי) ישתווה‬
‫למשקל הגוף‪ .‬במצב הזה תאוצות הגוף‬
‫תהייה אפס והגוף יגיע למהירות גבולית‬
‫∞‪. v‬‬
‫את הערך של ∞‪ v‬נוכל לקבוע שוב מתוך‬
‫המשוואה ע"י שנציג את התנאי‬
‫במשוואת התנועה‪:‬‬
‫‪dv‬‬
‫‪ 0‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪a ‬‬
‫‪ dv ‬‬
‫‪m   + kv = mg‬‬
‫‪ dt ‬‬
‫‪m  0 + kv  = mg‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫נשים לב שלמקדם‬
‫יש מימדים של זמן‬
‫‪m‬‬
‫‪v =   g‬‬
‫‪k‬‬
‫‪m‬‬
‫‪  =τ‬‬
‫‪k‬‬
‫‪‬‬
‫הגדלים‬
‫‪v‬‬
‫‪m‬‬
‫‪τ=  =  ‬‬
‫‪g‬‬
‫‪k‬‬
‫‪‬‬
‫ונוסיף להם גם את‬
‫‪a 0 , v , τ‬‬
‫הם גדלים אופינים של הבעיה הנדונה‪ .‬זמן‪,‬‬
‫מקום‪ ,‬מהירות ותאוצה נוכל למדוד‬
‫ביחידות של‪:‬‬
‫‪λ = v τ‬‬
‫‪λ , τ , v , a 0‬‬
‫‪‬‬
‫אלה הן היחידות הטבעיות‬
‫של הבעיה שלנו‪ .‬זה נותן ‪; t = τT‬‬
‫לנו אפשרות לכתוב את‬
‫המשוואה בצורה‬
‫‪; ζ = λz‬‬
‫פרמטרית שבה לנו‬
‫אפשרות לכתוב את‬
‫המשוואה בצורה‬
‫‪; v = vV‬‬
‫פרמטרית שבה אין‬
‫מימדים‪ .‬נעשה זאת‪:‬‬
‫‪; a = gA‬‬
‫‪t‬‬
‫‪k‬‬
‫‪T ‬‬
‫=‬
‫‪t‬‬
‫‪τ‬‬
‫‪m‬‬
‫‪ζ‬‬
‫‪k2‬‬
‫‪z ‬‬
‫‪= 2 ζ‬‬
‫‪λ‬‬
‫‪mg‬‬
‫‪v‬‬
‫‪k‬‬
‫‪V‬‬
‫=‬
‫‪v‬‬
‫‪v‬‬
‫‪mg‬‬
‫‪a‬‬
‫=‪A‬‬
‫‪g‬‬
k
dv
v=g
+
m
dt
 v 
v d  
 v  + k v  v  = g


t
m  v 
 
τd  
τ
v
v  dV
+  V=g
τ
τ dT
 τ 
dV
+ V   g  1
dT
 v 
‫נציב את ההגדרות‬
‫האלה במשוואת‬
:‫התנועה‬
‫או‬


‫‪‬‬
‫קיבלנו אפוא משוואה פרמטרית‬
‫מן הצורה‬
‫‪ ‬משוואה חסרת מימד‪ -‬מספרית‬
‫אוניברסאלית‪ .‬פיתרון פורמלי‪:‬‬
‫‪dV‬‬
‫‪+V=1‬‬
‫‪dT‬‬
‫‪T‬‬
‫‪v‬‬
‫‪dv‬‬
‫‪0 v-1 = - 0 dT‬‬
‫‪ln V - 1  ln 1 - V  = - T‬‬
‫‪V = 1 - e -T‬‬
dZ
= 1 - e-T
dT
dZ = dT - e-T dT
Z = T + e-T - 1
dV
A=
= e-T
dT
:‫חישוב מקום ותאוצה‬

‫הצגה גרפית‬-‫מקום‬
z  t   T 1  e
z4
z
-T
3
2.5
2
1.5
z1=T;
1
0.5
z2=-1;
z3=exp(-T);
0
-0.5
-1
z4=z2+z3;
-1.5
-2
zt=z1+z2+z3;
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
t
‫הצגה גרפית‬-‫מהירות‬
v
2
v  t   1 e
v1=1;
1.5
-T
1
0.5
0
-0.5
v2=-exp(-T);
-1
-1.5
-2
vt=v1+v2
t
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
‫התאוצה‪-‬הצגה גרפית‬
‫‪a‬‬
‫‪1‬‬
‫‪0.9‬‬
‫‪0.8‬‬
‫‪0.7‬‬
‫‪0.6‬‬
‫‪0.5‬‬
‫‪0.4‬‬
‫‪0.3‬‬
‫‪0.2‬‬
‫‪0.1‬‬
‫‪t‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2.5‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1.5‬‬
‫‪1‬‬
‫‪0.5‬‬
‫‪0‬‬
‫‪0‬‬
‫‪-T‬‬
‫‪a  t  =e‬‬
‫ להצגה גרפית של הפיתרון‬MATLAB ‫פקודות‬
t=0:0.01:3;
m=10;
k=10;
tau=m/k;
g=10;
figure(1);
z1=((m*g)/k)*t;
z2=((m^2*g)/k^2);
z3=-z2*exp(-(t*k)/m);
zt=z1+z2+z3;
plot (t,z1);
hold on;
plot (t,z2,'red');
plot(t,z3,'black');
plot (t,zt,'green');
hold off;
figure(2);
v1=((m*g)/k);
v2=-((m*g)/k)*exp(-((t*k)/m));
vt=v1+v2;
plot(t,v1);
hold on;
plot(t,v2,'red');
plot(t,vt,'green');
hold off;
figure(3);
a=g*exp(-(t*k)/m);
plot (t,a,'green');
‫ להצגה גרפית של הפיתרון הפרמטרי‬MATLAB ‫פקודות‬
T=0:0.01:3;
m=10;
k=10;
tau=m/k;
g=10;
figure(1);
z1=T;
z2=-1;
z3=exp(-T);
z4=z2+z3;
zt=z1+z2+z3;
v1=1;
v2=-exp(-T);
vt=v1+v2;
plot(t,v1);
hold on;
plot(t,v2,'red');
plot(t,vt,'green');
hold off;
figure(3);
a=exp(-T);
plot (t,a,'green');
plot (t,z1);
hold on;
plot (t,z2,'red');
plot(t,z3,'black');
plot (t,zt,'green');
plot (t,z4,'yellow');
hold off;
figure(2);
‫̂‪z‬‬
‫̂‪y‬‬
‫‪0‬‬
‫̂‪x‬‬
‫‪Pi  Pf‬‬
‫נשים לב ‪ – U :‬מהירות הגז הנפלט‬
‫)‪ – (v+dv‬מהירות הגז שנפלט‬
‫ביחס לצופה במערכת האינרציאלית )‪O(x,y,z‬‬
‫‪u  v  dv  U‬‬
‫)‪Mv=-dMU+(M+dM)(v+dv‬‬
‫)‪Mv=-dM(U-v-dv)+M(v+dv‬‬
‫‪0=-dM(U-v-dv)+Mdv‬‬
‫המהירות היחסית של הפלטה ביחס‬
‫לחללית‬
‫וקטור המקום של הגז שנפלט ביחס לרקטה‬
‫‪rrel‬‬
‫וקטור המקום של הגז‬
‫שנפלט בזמן ‪t‬‬
‫‪rg‬‬
‫‪rR‬‬
‫‪0‬‬
‫וקטור המקום של‬
‫הרקטה בזמן ‪t‬‬
‫‪rrel  rR  rg‬‬
‫‪d rrel d rR d rg‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪u  v U‬‬
‫‪0  dMu  Mdv‬‬
‫‪udM  Mdv‬‬
‫‪dM‬‬
‫‪dv‬‬
‫‪u‬‬
‫‪M‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪dt‬‬
‫הגדרה‪ :‬כוח הדחף של רקטה מוגדר‬
‫כמכפלה ‪ -uR‬כאשר ‪ R=dM/dt‬קצב‬
‫הפליטה של המסה וקיים‪:‬‬
‫‪dv‬‬
‫‪uR  M‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1`‬‬
‫‪‬‬
‫כוח הדחף נובע מפליטה מהירה של חומר מן הרקטה‪,‬‬
‫ופעילותו על הרקטה אינה מחייבת תווך חומרי‬
‫להעברתו‪ .‬שימור התנע מחייב שאם החומר נפלט‬
‫בכיוון אחורה‪ ,‬הרכיב של תנע הרקטה בכיוון הקדמי‬
‫חייב לגדול‪.‬‬
‫מהירות הרקטה כפונקציה של מסתה‬
udM  Mdv
dM
dv  u
M
v
M
dM `
v dv` M u M `
0
i
v  v0  u ln
 M `
)1( ‫נשתמש במשוואה‬

 Mi 
 u ln 

M
Mi


M
 Mi 
v  M   v0  u ln 

M 
v0  v  Mi 
- ‫כאשר‬
‫רקטה שמשולחת אנכית מפני כדור הארץ‬
‫‪‬‬
‫במקרה זה על הרקטה‬
‫פועל בנוסף לכח הדחף‬
‫גם כוח גרביטציה‬
‫‪dv‬‬
‫‪u dM‬‬
‫‪‬‬
‫‪g‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪M dt‬‬
‫תאוצה בשל‬
‫כוח הדחף‬
‫‪a‬‬
‫תאוצה גרביטציונית‬
‫‪u‬‬
‫‪dv   dM  gdt‬‬
‫‪M‬‬
‫‪v‬‬
‫‪M‬‬
‫` ‪dM‬‬
‫` ‪v dv`  M u M `  gdt‬‬
‫‪0‬‬
‫‪i‬‬
‫‪g  const‬‬
‫בקירוב‬
‫נקבל‬
‫‪ Mi ‬‬
‫‪v  v0  u ln ‬‬
‫‪  gt‬‬
‫‪M ‬‬