KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

Benzer belgeler
RİJİT CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

DİNAMİK. Ders_9. Doç.Dr. İbrahim Serkan MISIR DEÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü. Ders notları için: GÜZ

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

KATI CİSİMLERİN BAĞIL İVME ANALİZİ:

MADDESEL NOKTANIN EĞRİSEL HAREKETİ

Dinamik. Fatih ALİBEYOĞLU -10-

Fiz Ders 10 Katı Cismin Sabit Bir Eksen Etrafında Dönmesi

MEKANİZMA TEKNİĞİ (3. Hafta)

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

KATI CİSMİN DÜZLEMSEL KİNETİĞİ (Kinetik Enerji)

BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ

KATI CİSMİN DÜZLEMSEL KİNETİĞİ

RÖLATİF HAREKET ANALİZİ: İVME

Fizik 101-Fizik I Dönme Hareketinin Dinamiği

MADDESEL NOKTALARIN DİNAMİĞİ

DİNAMİK. Ders_10. Doç.Dr. İbrahim Serkan MISIR DEÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü. Ders notları için: GÜZ

Fizik Dr. Murat Aydemir

KİNETİK ENERJİ, İŞ-İŞ ve ENERJİ PRENSİBİ

HAREKET HAREKET KUVVET İLİŞKİSİ

1 Rijit Cisimlerin Düzlemsel Kinematiği

BÖLÜM 4: MADDESEL NOKTANIN KİNETİĞİ: İMPULS ve MOMENTUM

ELK-301 ELEKTRİK MAKİNALARI-1

Fizik 101: Ders 17 Ajanda

DİNAMİK DERS NOTLARI. Doç.Dr. Cesim ATAŞ

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ

Düzgün olmayan dairesel hareket

SBA/ANR 2016 Spor Biyomekaniği ( Bahar) Ders 3: Açısal Kinematik

Hareket Kanunları Uygulamaları

DİNAMİK MEKANİK. Şekil Değiştiren Cisimler Mekaniği. Mukavemet Elastisite Teorisi Sonlu Elemanlar Analizi PARÇACIĞIN KİNEMATİĞİ

DÜZLEMDE GERİLME DÖNÜŞÜMLERİ

r r r F İŞ : Şekil yörüngesinde hareket eden bir parçacık üzerine kuvvetini göstermektedir. Parçacık A noktasından

Bir cismin iki konumu arasındaki vektörel uzaklıktır. Başka bir ifadeyle son konum (x 2 ) ile ilk konum

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Bölüm 4. İki boyutta hareket

Noktasal Cismin Dengesi

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

DİNAMİK Ders_3. Doç.Dr. İbrahim Serkan MISIR DEÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü. Ders notları için: GÜZ

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Bölüm 3: Vektörler. Kavrama Soruları. Konu İçeriği. Sunuş. 3-1 Koordinat Sistemleri

KUVVET, MOMENT ve DENGE

ELEKTRİKSEL POTANSİYEL

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

RİJİT CİSMİN DÜZLEMSEL KİNETİĞİ: ENERJİNİN KORUNUMU

TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN

Bölüm 2. Bir boyutta hareket

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

FIZ Uygulama Vektörler

( t) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

GÜZ YARIYILI FİZİK 1 DERSİ

MAK Makina Dinamiği - Ders Notları -1- MAKİNA DİNAMİĞİ

TORK VE DENGE 01 Torkun Tanımı ve Yönü

STATİK KUVVET ANALİZİ (2.HAFTA)

Öğr. Gör. Serkan AKSU

Q27.1 Yüklü bir parçacık manyetik alanfda hareket ediyorsa, parçacığa etki eden manyetik kuvvetin yönü?

1. STATİĞE GİRİŞ 1.1 TANIMLAR MEKANİK RİJİT CİSİMLER MEKANİĞİ ŞEKİL DEĞİŞTİREN CİSİMLER AKIŞKANLAR MEKANİĞİ DİNAMİK STATİK

DİNAMİK. Ders_10. Doç.Dr. İbrahim Serkan MISIR DEÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü. Ders notları için: GÜZ

3-1 Koordinat Sistemleri Bir cismin konumunu tanımlamak için bir yönteme gereksinim duyarız. Bu konum tanımlaması koordinat kullanımı ile sağlanır.

Manyetik Alanlar. Benzer bir durum hareketli yükler içinde geçerli olup bu yüklerin etrafını elektrik alana ek olarak bir manyetik alan sarmaktadır.

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

İŞ : Şekilde yörüngesinde hareket eden bir parçacık üzerine kuvveti görülmektedir. Parçacık A noktasından

4.1 denklemine yakından bakalım. Tanımdan α = dω/dt olduğu bilinmektedir (ω açısal hız). O hâlde eğer cisme etki eden tork sıfır ise;

Akışkan Kinematiği 1

Fizik-1 UYGULAMA-7. Katı bir cismin sabit bir eksen etrafında dönmesi

MKM 308 Makina Dinamiği. Eşdeğer Noktasal Kütleler Teorisi

A. Dört kat fazla. B. üç kat daha az. C. Aynı. D. 1/2 kadar.

DİNAMİK (3.hafta) EĞRİSEL HAREKET-2: Kutupsal /Polar Koordinatlar (r,θ) A-Polar Koordinatlarda (r,θ) Hareket Denkemleri

STATIK MUKAVEMET. Doç. Dr. NURHAYAT DEĞİRMENCİ

Doç. Dr. Muhammet Cerit Öğretim Üyesi Makine Mühendisliği Bölümü (Mekanik Ana Bilim Dalı) Elektronik posta ( ):

STATİK MÜHENDİSLİK MEKANİĞİ. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN

Metrik sistemde uzaklık ve yol ölçü birimi olarak metre (m) kullanılır.

STATİK MÜHENDİSLİK MEKANİĞİ. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN

DİNAMİK - 7. Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi. Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

Newton un II. yasası. Bir cismin ivmesi, onun üzerine etki eden bileşke kuvvetle doğru orantılı ve kütlesi ile ters orantılıdır.

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği ( 1. ve 2. Öğretim ) Bölümü Dinamik Dersi (Türkçe Dilinde) 2. Çalişma Soruları / 21 Ekim 2018

TİTREŞİM VE DALGALAR BÖLÜM PERİYODİK HAREKET

2. Konum. Bir cismin başlangıç kabul edilen sabit bir noktaya olan uzaklığına konum denir.

r r s r i (1) = [x(t s ) x(t i )]î + [y(t s ) y(t i )]ĵ. (2) r s

TORK VE DENGE. İçindekiler TORK VE DENGE 01 TORK VE DENGE 02 TORK VE DENGE 03 TORK VE DENGE 04. Torkun Tanımı ve Yönü

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği ( 1. ve 2. Öğretim ) Bölümü Dinamik Dersi (Türkçe Dilinde) 1. Çalişma Soruları / 24 Eylül 2017

3. DİNAMİK. bağıntısı ile hesaplanır. Birimi m/s ile ifade edilir.

Doç.Dr. Cesim ATAŞ MEKANİK ŞEKİL DEĞİŞTİREN CİSİMLER MEKANİĞİ DİNAMİK

MAK 308 MAKİNA DİNAMİĞİ Bahar Dr. Nurdan Bilgin

Rijit Cisimlerin Dengesi

Toplam

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Fizik 101-Fizik I Katı Bir Cismin Sabit Bir Eksen Etrafında Dönmesi

STATİĞİN TEMEL PRENSİPLERİ

Gerilme Dönüşümü. Bölüm Hedefleri

Bölüm 2: Kuvvet Vektörleri. Mühendislik Mekaniği: Statik

matematiksel eşitliğin her iki tarafındaki birim eşitliği kullanılarak a ve b sayılarına ulaşılır.

MEKANİZMA TEKNİĞİ (3. HAFTA)

Rijit Cisimlerin Dengesi

Vektörler Bölüm Soruları 1. İki vektör eşit olmayan büyüklüklere sahiptir. Toplamları sıfır olabilir mi? Açıklayınız.

Ödev 1. Ödev1: 600N luk kuvveti u ve v eksenlerinde bileşenlerine ayırınız. 600 N

Bölüm 6 AKIŞ SİSTEMLERİNİN MOMENTUM ANALİZİ

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ HACETTEPE ASO 1.OSB MESLEK YÜKSEKOKULU HMK 211 CNC TORNA TEKNOLOJİSİ

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü-Fizik Bölümü

BÖLÜM I GİRİŞ (1.1) y(t) veya y(x) T veya λ. a t veya x. Şekil 1.1 Dalga. a genlik, T peryod (veya λ dalga boyu)

Transkript:

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ Bu bölümde, düzlemsel kinematik, veya bir rijit cismin düzlemsel hareketinin geometrisi incelenecektir. Bu inceleme, dişli, kam ve makinelerin yaptığı birçok işlemde kullanılan mekanizmaların tasarımı için önemlidir. Rijit cismin kinematiğinin tamamen açıklanmasıyla birlikte, cisim üzerine etkiyen kuvvetleri cismin hareketine bağlayan denklemleri uygulamak mümkün olacaktır. Bir rijit cisim, öteleme, sabit bir eksen etrafında dönme ve genel düzlemsel hareket olmak üzere, üç tip düzlemsel hareket yapabilir. Önce bu hareketler tanımlanacak daha sonra her biri ayrı ayrı analiz edilecektir. Bu hareket durumlarında, rijit cismin düzlemsel hareketinin, cisim üzerindeki iki noktanın hareketinin bilinmesi halinde tamamen belirlenmiş olacağı gösterilecektir.

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ Düzlemsel Hareket: Bir Katı cisimde, her bir parçacık hareket süresince bir tek düzlem içinde kalıyorsa cisim düzlemsel hareket yapıyor denir. Düzlemsel harekette, herhangi bir parçacığın hareket süresince içinde kaldığı düzleme bir dik çizildiğinde, bu dik doğrultu üzerinde bulunan bütün noktalar aynı hareketi yaparlar. Buna dayalı olarak rijit cismin hareketi, kütle merkezini içeren bir düzlem levhanın hareketi ile temsil edilebilir. Bu açıklamalardan anlaşılacağı üzere, düzlemsel harekette düzlemsellik niteliği cismin değil, hareketin niteliğidir.

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ Öteleme: Katı cisim üzerinde alınan bir çizgi parçası (cisim üzerinde herhangi iki noktayı birleştiren doğru) hareket boyunca ilk konumuna paralel kalıyorsa cisim öteleme hareketi yapmaktadır. Cisim üzerindeki bütün parçacık hareket yörüngeleri birbirine eşit uzaklıktaki düz çizgiler (paraleller) oluşturuyorsa bu tip harekete doğrusal öteleme adı verilir. Hareket yörüngeleri eşit mesafeli (yani paralel) eğrisel çizgiler ise bu tip harekete eğrisel öteleme adı verilir. Öteleme hareketi yapan bir katı cismin bütün parçacıkları aynı hareketi yapar. Doğrusal Ötelenme Yörüngesi Eğrisel Ötelenme Yörüngesi

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ Sabit Eksen Etrafında Dönme: Eğer bir cisim sabit bir eksen etrafında dönmekte ise cisme ait bütün parçacıklar, dönme ekseni üzerinde bulunanlar hariç, dairesel yörüngeler üzerinde hareket ederler. Sabit Eksen Etrafında Dönme

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ Genel Düzlemsel Hareket: Katı cisim, dönme ve öteleme hareketlerini birlikte yapmakta ise genel düzlemsel hareket yapmaktadır. Öteleme hareketi bir referans düzlemi içerisinde oluşurken dönme hareketi bu referans düzlemine dik bir eksen etrafındadır. Genel Düzlemsel hareket

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ Yukarıda tanımlanan düzlemsel hareket tiplerine birer örnek olarak krank mekanizmasının hareket eden parçaları gösterilebilir. Bu sistemde, piston doğrusal öteleme, yatay kol eğrisel öteleme, disk merkezinden geçen eksen etrafında dönme hareketi, pistonu diske bağlayan kol hem dönme hem de öteleme yani genel düzlemsel hareket yapmaktadır.

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ Yukarıda tanımlanan düzlemsel hareket tiplerine birer örnek olarak krank mekanizmasının hareket eden parçaları gösterilebilir. Bu sistemde, piston doğrusal öteleme, krank mili merkezinden geçen eksen etrafında dönme hareketi, pistonu diske bağlayan biyel kolu hem dönme hem de öteleme yani genel düzlemsel hareket yapmaktadır.

ÖTELENME: Katı cismin doğrusal veya eğrisel ötelenme davranışı incelenirken şekilde verilen sabit ve ötelenen eksenlere göre konumu belirlenen katı cismin üzerinde çalışılacaktır. Konum: Cisimdeki A ve B noktalarının konumları sabit x, y referans eksen takımına göre ölçülen r A ve r B konum vektörleri ile belirlenir. Ötelenen x, y koordinat sistemi, orijini A olan ve cisimle birlikte hareket eden eksen takımıdır. Hareketli eksene göre B noktasının konumu, B nin A ya göre konumu vektörel olarak r B A ile ifade edilir. r B = r A + r B A

Hız: A ve B ani hızları arasındaki ilişki, pozisyon vektörlerinin zamana göre türevleri olduğundan v B = v A + v B A v B = v A + dr B A dt Burada v A ve v B sabit x, y eksen takımından ölçülmüş olduklarından mutlak hızlardır. Katı cisim tanımından, B nin A ye göre pozisyonu ve r B A yönü değişmediğinden dr B A dt = 0 olacaktır. Sonuç olarak, v B = v A

İvme: Benzer şekilde, hız ifadesini zamana göre türevleri alınarak A ve B nin ani ivmeleri a B = a A Elde edilen hız ve ivme denklemleri, doğrusal veya eğrisel yörünge boyunca hareket eden katı cismin tüm noktalarının aynı hız ve ivmeye sahip olacaklarını ifade eder. Bu durum, sadece ötelenme yapan katı cismin davranışı ile parçacığın davranışı ile aynı olduğunu gösterir. Yani parçacığın kinematiği için elde edilen ifadelerin katı cisimlerin kinematiği içinde kullanılabileceğidir.

SABİT EKSEN ETRAFINDA DÖNME: Katı cisim sabit eksen etrafında dönerken katı cismi oluşturduğu varsayılan her bir parçacık dairesel yörünge boyunca hareket eder. Diğer bir ifadeyle, katı cismin davranışı cismin eksenine göre açısal hareketine bağlıdır. Katı cismi oluşturan parçacığın hareketini incelemeden önce, cismin açısal hareketi ele alınacaktır.

Açısal Konum: Görülen durumda r nin açısal konumu sabit referans çizgisi ile r arasında ölçülen θ açısıyla tanımlanır. Burada, r dönme eksenine dik olarak dönme ekseni üzerindeki O noktasından P noktasına uzanan çizgidir. Açısal Yer Değiştirme: Açısal konumdaki değişime, açısal yer değiştirme denir. Vektörel bir büyüklük olup, dθ diferansiyeli ile ölçülür. Büyüklüğü derece, radyan veya devir olarak ölçülür. 1 devir = 2π radyan = 360 derece dir. Hareket sabit eksen etrafında oluştuğundan dθ nın yönü daima eksen boyundadır. Açısal Hareket: Nokta boyutsuz olduğundan, sadece çizgilerin veya cisimlerin açısal hareketinden bahsedilir. Bu durumları inceleyebilmek için şekilde verilen cismi ve gölgeli düzlem içindeki radyal r çizgisinin hareketini davranışı göz önüne alınacaktır.

Açısal Hız: Açısal konumun zamana göre değişimine veya türevine açısal hız denir ve ω (omega) ile gösterilir. dθ, dt zaman aralığında oluştuğundan ω = dθ dt Açısal hız vektörün büyüklüğü genellikle 1 s veya rad s cinsinden ölçülür. Yönü daima dönme ekseni etrafında olduğu için dθ ile aynı yöndedir. Dönme yönleri, saatin dönme yönünde veya saatin tersi yönünde alınabilir. Çalışmalar esnasında, saat ibrelerinin tersi dönme yönü keyfî olarak pozitif yön olarak kabul edilecektir.

Açısal ivme: Açısal hızın zamana göre değişimine veya basitçe türevine açısal ivme denir. α (alfa) ile sembolize edilir. α = dω dt veya α = d2 θ dt 2 Açısal ivme büyüklüğü rad s 2 ile ölçülür. Pozitif açısal ivme α nın yönü, açısal hız ω ile aynı olup açısal hız artmakta ise α pozitif, azalmakta ise α negatiftir. Açısal hız ve açısal ivme denklemlerinde zaman parametresi elimine edilirek açısal hız, açısal ivme ve açısal yer değiştirme arasındaki ilişki elde edilir. ωdω = αdθ

Parçacığın açısal hareketi ile doğrusal hareketi arasındaki benzerlik kolayca görülebilir. Parçacığın açısal ivmesi sabitse α S = sabit, θ 0 ve ω 0 başlangıç değerleri olmak üzere ω = ω 0 + α S t θ = θ 0 + ω 0 t + 1 2 α St 2 ω 2 = ω 0 2 + 2α S θ θ 0

P Noktasının Hareketi: Şekilde verilen katı cisim dönerken P noktası O noktası etrafında r yarıçaplı bir dairesel yörünge üzerinde hareket eder. Bu yörüngenin üsten görünüşü şekil de verilmiştir. Konum: P noktasının konumu, O dan P ye uzanan r konum vektörü ile tanımlanır.

Hız: Pnoktasının hızı kutupsal koordinatlarda verilen hız ifadeleri kullanılarak elde edilebilir. r sabit olduğundan hızın radyal bileşeni v r = r = 0 bulunur. Hızın teğetsel bileşeni v θ = rθ idi. ω = θ yazılarak v = ωr Şekilde görüldüğü gibi v nin doğrultusu dairesel yörüngeye teğettir. v nin yönü ve doğrultusu ω ve r nin vektörel çarpımı kullanılarak hesaba katılır. v = ω r Burada, ω r r ω olacağı için vektörlerin sırası önemlidir.

ivme. Daha uygun olacağı için P noktasının ivmesini normal ve teğetsel bileşenlerle ifade edeceğiz. a t = dv, a dt n = v2 dω olduğunu biliyoruz. Burada, ρ = r, v = ωr ve α = ρ dt olduğundan, a t = αr a n = ω 2 r İvmenin teğetsel bileşeni, hızın büyüklüğündeki değişimdir. P nin hızı artıyor ise a t nin yönü v ile aynıdır. Eğer P nin hızı azalıyor ise a t nin yönü v ile zıt yönlüdür. Hız değişmiyor ise a t sıfırdır. İvmenin normal bileşeni, hızın doğrultusundaki değişimin bir ölçüsüdür. a n nin yönü daima dairesel yörüngenin merkezi O ya yönelmiştir. Hız da olduğu gibi, ivme de vektörel çarpım kullanılarak ifade edilebilir. v = ω r ifadesinin zamana göre türevleri alınırsa, a = d dt v = dω dt r P + ω dr dt

α = dω dt ve dr dt = v = ω r olduğundan a = α r P + ω ω r Vektörel çarpımın tanımından sağdaki ilk terimin büyülüğü, a t = αr dir ve α r P nin yönü a t ile aynıdır. İkinci terimin büyülüğü, a n ile aynı doğrultuda fakat r yönündedir. Buradan a n = ω ω r = ω 2 r bulunur. Toplam ivme, a = a t + a n İvmenin büyüklüğü ise, a = α r P ω 2 r a = a t 2 + a n 2

O dan geçen eksen etrafında dönme hareketi katı cisim üzerindeki bir A noktasının kinematiği özetlenecek olursa, açısal hız ω = θ ve açısal ivme α = ω = θ ise, hız ve ivme v = ωr a n = ω 2 r = v2 r = vω a t = αr a = a t 2 + a n 2

Hız ve ivme vektörel notasyonla gösterilirse, v = ω r a n = ω ω r a t = α r a = α r + ω ω r a = α r ω 2 r