Matikkaa vai fysiikkaa, potentiaalista dynamiikkaa

[XM-Hannu]

Suunnan muutos itsessään ei kuluta liike-energiaa.

Minä taas väitän, että suunnanmuutos eteenpäin suuntautuvasta liikkeesstä kuluttaa energiaa. Vertaa vaikka satelliittia tai avaruusalusta. Olipa se sitten kiertoradalla tai lineaarisessa kulussa, niin millä korjaat sen suuntaa mieleiseksi? Käyttämällä ohjaus-rakettimoottoriin syötettävää polttoainetta. Siis energiaa.

Ja jos auto rullaa vapaasti, ja sille aiheutetaan sivuttaiskiihtyvyyttä ohjausliikkeellä, niin mistä syntyy se voima, joka saa sivuttaiskiihtyvyyden aikaan. Ei paikallaan oleva auto kiihdy sivulle, vaikka kuinka rattia kääntää. Newtonin lait ovat mielestäni edelleen voimassa.

Renkaiden sorto, tai kumin lämpeneminen ovat ilmiö sinänsä, mutta se ei poista tai syrjäytä yhtälöä työ = voima x matka. Ja työ on yhtä suuri kuin siihen kuluva energia. Silloin kun liike-energia on ainoa tarjolla oleva energia, siitä osa kuluu suunnanmuutostyöhön.

[XM-Hannu]

Samalla ajatusmallilla voidaan todeta että hyvin vaimennettu pitkäliikkeinen kaasunestejousitus kasvattaa kulutusta verrattuna esim jousittamattomaan mikroautoon. Mitä röykkyisempi tie ja vähemmän auto heiluu, sen enemmän liike-energiaa hukkuu vaimennuksen häviöihin ja osin kai myös lämpöeristämättömien kaasupallojen lämmönhaihdutukseen ympäristöön.

Entäpä jos tähän ajatusmalliin otetaan täysin jousittamaton auto. Mitä röykkyisempi tie, sitä enemmän reaktiovoimia kohdistuu koko auton massaan. Auto pomppii ylös alas jatkuvasti. Millä energialla? Laitappa se auto paikalleen siihen röykkyiselle tielle, ja pomputa paikallaan. Kuluuko energiaa? Tuleeko hiki, vai ei?

[olli__o]

Jos kitkat unohdetaan, niin tasaisessa liikkeessä jos potentiaalienergia ei muutu, eli palataan samaan korkeuteen mäen jälkeen kuin ennen mäkeä, niin nopeus alussa ja lopussa pysyy samana, sillä ei ole väliä onko se kauniin muotoinen yksittäinen kumpu vai röykkýinen tie ja matka sillä päätepisteiden välillä, tämä siis teoriassa, koska kitkatonta maailmaa ei ole.

Käytännössä sillä sitten tosiaan on väliä ja autoissa tuota energiaa vielä hävitetäänkin tarkoituksella iskareissa, eikä jousetkaan ihan kitkattomia ole. Ja jos on täysin jousittamaton auto (ei edes renkaat jousta), niin kyllä sen pomputtamisessa tulee hiki, mutta niin tulee painonnostossakin, vaikka potentiaalienergia palautuu samaksi kuin ennen alas-ylös siirtoa. Toisaalta, vaikka autoa pumppaa ylös alas vaikka kuinka paljon, niin se ei lähde liikkumaan eteen/taaksepäin, niin miksi se pumppaus hidastaisi vauhtiakaan. (Painonnostossa tuo pystypumppaus taas useinkin saa eteen-/taakseliikettä, mutta se on taas eri ilmiö, ja parasta nautittuna etänä somen välityksellä videoista)

[XM-Hannu]

Meillä oli aikoinaan mikroauto useita vuosia. Yamaha 100 koneella. Kerran renkaanvaihdon jälkeen pudotin sen maahan pukilta. Siihen se jäi pomppimaan 3 vuodeksi, ja lakkasi pomppimasta vasta kun se myytiin. Eikä se kuluttanut energiaa ollenkaan. Muistankohan nyt oikein... Kai muillekin on käynyt samoin...

[aapo]

Olli.o:n kommenttiin:

, mutta täyttä asiaa!

[IJN]

Nykynuorison energeettisimmät yksilöt joskus ajautuvat annihilaatioon autoissaan, ja vapautuva energia saa auton pomppimaan jopa paikallaan. Mutta kyllä siinäkin energiaa tuhlaantuu ja mikroilmasto lämpenee nanoasteen.
Kun autolla kurvataan ja hukattu energia lämmittää renkaita, siinä ei ole suinkaan koko totuus. Myös tie lämpenee siitä mistä renkaat ovat sitä hieroneet. Hyvällä lämpökameralla näkyisi tuoreet jäljet, jotka hiljakseen hiipuvat pois. Kirkkain hehku mutkan kiperimmässä kohdassa.

[XM-Hannu]

Nykynuorison energeettisimmät yksilöt joskus ajautuvat annihilaatioon autoissaan, ja vapautuva energia saa auton pomppimaan jopa paikallaan. Mutta kyllä siinäkin energiaa tuhlaantuu ja mikroilmasto lämpenee nanoasteen.
Kun autolla kurvataan ja hukattu energia lämmittää renkaita, siinä ei ole suinkaan koko totuus. Myös tie lämpenee siitä mistä renkaat ovat sitä hieroneet. Hyvällä lämpökameralla näkyisi tuoreet jäljet, jotka hiljakseen hiipuvat pois. Kirkkain hehku mutkan kiperimmässä kohdassa.

Ihan varmasti näin, mutta renkaan ja tien lämpeneminen ei kumoa fysiikan lakeja.

[olli__o]

Meillä oli aikoinaan mikroauto useita vuosia. Yamaha 100 koneella. Kerran renkaanvaihdon jälkeen pudotin sen maahan pukilta. Siihen se jäi pomppimaan 3 vuodeksi, ja lakkasi pomppimasta vasta kun se myytiin. Eikä se kuluttanut energiaa ollenkaan. Muistankohan nyt oikein... Kai muillekin on käynyt samoin...

Aika harvalle varmaan käynyt noin, mutta se johtuu varmaan mikroautoihin asennetuista sivuponttooneista, ne absorboivat kimmoisia törmäyksiä. Mutta uskoisin että aika samalla määrällä ihmisiä se energia on hukkunut suunnanmuutosenergiaksi, muilla se on hukkunut kitkojen ja muodonmuutoksen vaatimiin energioihin.

Mikäköhän on pomppimisen maailmanennätys, joskus huomasin että led-lampun kupu oli yllättävän hyvin pomppiva
https://www.youtube.com/watch?v=QRiQXCkw3rs" onclick="window.open(this.href);return false;

[XM-Hannu]

Tässäkin helistinpallot pomppivat mukavasti 7.30 minuutin jälkeen...
https://www.youtube.com/watch?v=KkJTmwHdOjo" onclick="window.open(this.href);return false;

[jto]

Suunnan muutos itsessään ei kuluta liike-energiaa.

Minä taas väitän, että suunnanmuutos eteenpäin suuntautuvasta liikkeesstä kuluttaa energiaa.

Sun täytyy tehdä tosta väitöskirja. Nobelin palkinto on varma. Jos siis pystyt osoittamaan olevasi oikeassa.

[XM-Hannu]

Harkitaan... Vai pitäisikö teidän muiden alkaa korjaamaan "tieteen" vääryyksiä, siis yleisimpien, helpoimpien fysiikan lakien olemassaoloa. Jospa omena ei pudonnutkaan INewtonin päähän, kumipallo vain pomppi ja lämpeni .

Teistä hyvinkin monella on tekninen koulutus. Kumpi nyt on vaikeampaa, ymmärtää fysiikan lakeja, vai myöntää, että ne liittyvät myös tähän tapaukseen.

Ihan vaikka aluksi, kuka selittää ymmärrettävästi ja oikein, miten avaruusalusta ohjataan? Siis jos F=ma ei pidä paikkaansa...

[Aapeli]

Käytännössä kaikki materiaali on kimmoisaa ja mitä jäykempi materiaali, sitä suurempi kiihtyvyys, joka puolestaan ajaa suurempaan voimaan. Noin niinku esim. törmäystilanteessa.

Jos kuvitellaan nollakitka renkaan ja tien välillä, on se sama kuin oletettaisiin äärettömän pehmeä materiaalikerros renkaan ja tien välille. Kuvitellaan autolle joku nopeus ja sitten käännetään rattia. Äärettömän pehmeä materiaali renkaan ja tien välillä -> olematon kiihtyvyys -> voimaa ei synny, vaikka massaa olisi kuinka. Lopputuloksena auto menee suoraan, vaikka kuinka käännetään.

Kai.

[olli__o]

Mielenkiintoista voisi olla vaikka tutkia Nobelin toivossa heiluriliikettä, sitä kun on paljon tutkittu ja kuviteltu että liike-energiaa vaihdetaan potentiaalienergiaan ja ainoa mihin sitä katoaa on kitka, eikä vaikka suunnanmuutoksiin (tai oikeastaan jo yli sata vuotta sitten keksittiin että energiaa menee myös massaan,mutta aika merkityksetöntä jos nopeudet on paljonkin alle valonnopeuden, kuten autoilla yleensä, vaikka ottaa huomioon maapallon liikkeen Auringon suhteen ja Auringon sekä Linnunradan liikkeet, jos sellaisiin tai suhteellisuusteoriaan uskoo). Autonkin saa ehkä helpohkosti tuollaiseen heiluriliikkeeseen, etsii sopivan muotoisen mäkien välisen laakson, mutta ehkä laakerikuulilla voisi olla helpompi saada esille ilmiöitä, etteiväy mielenkiintoiset ilmiöt huku kitkan alle.

[Edit]Hannu ehti kysyä välissä miten avaruusaluksia ohjataan, ei ole ihan helppoa vastausta, koska usein niitä ohjataan myös lähelle(ä) taivaankappaleita ja hyödynnetään gravitaatiokenttiä, esimerkiksi kuulennot menivät periaatteessa maasta kuun kiertoradalle ja sieltä takaisin, mutta joudutaan myös miettimään miten se kannattaa tehdä, mistä kohtaa maapalloa laukaisu ja mihin päin (etua lähempää päiväntasaajaa ja itään) Mitkä muut vaikuttavat kiertorataan Auringon ja Maan lisäksi (Jupiter?) Mutta eikös avaruusaluksella olisi helppo tehdä uukkari "ilman rakettimoottoreita" (suunnanmuutos ilman ylimääräistä energiaa), ohjaa vaan sopivalla nopeudella ja etäisyydelle taivaankappaleesta (vaikka kuu) ja tulee kaunis hyperbelinen käännös ilman rakettimoottoreiden käyttöä. (Melko tarkkoja tosin nuo nopeudet ja etäisyydet)

[Wesa]

Tarkoitin vaimentamattomassa pomppimisessa kokonaisenergiaa. Eli toki liike-energia sitoutuu hetkellisesti ideaaliseen häviöttömään jouseen ja kiihdyttää auton taas alkuperäiseen nopeuteen jos oletetaan äärimmäisen jäykkä vastakappale joka edustaa kappaleita puoleensa vetävän painovoiman suurempaa osapuolta. Ja pääosaltaan se kaartelevan auton hidastuminen johtuu eri kitkojen kasvusta kiihtyvyysvoimien seurauksena.
Siinä kaarroksessa osa sivuttaiskiihtyvyyden aikaansaamisekseksi syntyvästä voimasta ei pelkästään tule siitä renkaiden kitkasta vaan osa sitoutuu mm renkaiden sivuttaisjoustoon joka lopulta vapautuu kiihtyvyyden poistuessa. Pyörivällä renkaalla toki latautuu ja vapautuu jatkuvasti ja syö paljon energiaa sisäisten kitkojen takia. Maa, rengas ja ympäristö lämpenee huomattavasti enemmän kuin normaalin vierintävastuksen johdosta.

[IJN]

Eikös tuo suunnanmuutos ole energian vaihtokauppaa jonkun muun massan kanssa. Avaruusalus jos on kaukana planeetoista ei voi käydä kauppaa ja joutuu hoitamaan asian energiaa "tuhlaamalla" eli ampumalla siihen tarkoitukseen varattua massaa (kaasuja) haluamaansa suuntaan. Mitä kovempaan vauhtiin kaasu saadaan, sitä pienempi määrä sitä tarvitsee ottaa kotoa mukaan. Planeettojen vierestä kurvaillessaan muljautetaan hiukan planeetan rataa vaihtokaupassa, ja autolla kurvaillessa maapallo inan verran nytkähtää. Jos saadaan aikaan sujuva vaihtokauppa (pieni kitka) niin käännökseen hukkautuva energia jää pieneksi. - Voitinko Noobelin?

[olli__o]

Eikös tuo suunnanmuutos ole energian vaihtokauppaa jonkun muun massan kanssa. Avaruusalus jos on kaukana planeetoista ei voi käydä kauppaa ja joutuu hoitamaan asian energiaa "tuhlaamalla" eli ampumalla siihen tarkoitukseen varattua massaa (kaasuja) haluamaansa suuntaan. Mitä kovempaan vauhtiin kaasu saadaan, sitä pienempi määrä sitä tarvitsee ottaa kotoa mukaan. Planeettojen vierestä kurvaillessaan muljautetaan hiukan planeetan rataa vaihtokaupassa, ja autolla kurvaillessa maapallo inan verran nytkähtää. Jos saadaan aikaan sujuva vaihtokauppa (pieni kitka) niin käännökseen hukkautuva energia jää pieneksi. - Voitinko Noobelin?

Ehkä jos vielä kehität/kerrot jonkinlaisen uskottavan kaavan, joka kertoo paljonko se pienemmän kappaleen nopeus on samalla etäisyydellä tulo/lähtösuunnassa ja riippuuko se jotenkin selkeästi poikkeutuskulmasta, 45°, 90°, 135°...

Entäpäs jos ajaa symmetrisen s-mutkan tai vaikka sama pystysuunnassa: kukkulan ja saman kokoisen laakson, tai vaikkapa sinikäyrän muotoista kukkula/laakso rataa ympäri maapallon (tai jonkun muun gravitaatiokentän), jos olettaa kitkan täysin nollaksi (eikä muita taivaankappaleitakaan tarvitse ottaa huomioon), niin minkä verran se vauhti hidastuu näissä suunnanmuutoksissa ja minkä kaavan mukaan?

[jto]

Eikös tuo suunnanmuutos ole energian vaihtokauppaa jonkun muun massan kanssa. Avaruusalus jos on kaukana planeetoista ei voi käydä kauppaa ja joutuu hoitamaan asian energiaa "tuhlaamalla" eli ampumalla siihen tarkoitukseen varattua massaa (kaasuja) haluamaansa suuntaan. Mitä kovempaan vauhtiin kaasu saadaan, sitä pienempi määrä sitä tarvitsee ottaa kotoa mukaan. Planeettojen vierestä kurvaillessaan muljautetaan hiukan planeetan rataa vaihtokaupassa, ja autolla kurvaillessa maapallo inan verran nytkähtää. Jos saadaan aikaan sujuva vaihtokauppa (pieni kitka) niin käännökseen hukkautuva energia jää pieneksi. - Voitinko Noobelin?

Ei tullut Nobelia, koska aika pitkälle menit nykyisen teorian puitteissa.

Tosin tuo energianvaihtokauppa kaipaisi hieman matematiikkaa perusteluissa. Noissa menee helposti harhaan. Moniko tietää, että esim. se voima, jolla tie työntää autoa, ei tee työtä?

[XM-Hannu]

Huomasinpa, että alun pitäen asetin kysymykseni huonosti. Minua kiinnosti nimenomaan se fysikaalinen totuus, minkä tuossa kolmannen sivun alussa kerroin. Mutta tuotahan en selväsanaisesti kysynyt, niin taisin itse johdatella vastaukset käsittelemään vierimis- ja sortokitkan muutoksia.

Otetaanpa uusi pohdinnan aihe. Ajelen mielelläni polttoainetta säästellen. Ja likimain suurinta tuhlausta on jarrujen käyttö. Tai oikeastaan polttoaineen käyttö sellaisen liike-energian hankkimiseen, jonka hetken kuluttua joutuu jarruilla muuttamaan hukkalämmöksi. Suoraan eteenpäin auto kulkee tasamaalla vielä pitkään eteenpäin senkin jälkeen, kun on vaihtanut vapaalle. Samoin LOIVAT mutkat eivät paljon vauhtia hidasta.

Vaan entäpä jyrkät mutkat. Ne syövät nopeutta huomattavasti. Mutta minkä laskukaavan mukaan? (Googlettamalla löytyy kyllä, mutta ilman Googlea)

Jos isolla tyhjällä parkkipaikalla vaihdan vapaalle 40km/h vaudista, ja teen loivan U-käännöksen 25 m säteellä, siis 50 m kääntöympyrällä, niin loppunopeuteni lienee luokkaa 27-32km/h.
Mutta jos teen saman 7 m kääntösäteellä, niin vauhti käytännössä pysähtyy.

Miten tämä lasketaan?

Ja tästähän aiheutui tiukkaakin vääntöä, koska minä puhuin eri asiasta kuin muut. Olisi pitäny t kysyä selkeämmin.Pahoittelut.

Lopuksi lyhyesti fysiikan kertaus:
Kappaleella on liike-energiaa kulkusuuntaansa. Jos suuntaa poikkeutetaan, siihen tarvitaan energiaa.
F=ma
E=W, W=F x s, eli työ on voima x voiman kulkema matka.
Nämä pätevät, vaikka omena olisi pudonnut herra Dunlopin päähän.

[olli__o]

...
Lopuksi lyhyesti fysiikan kertaus:
Kappaleella on liike-energiaa kulkusuuntaansa. Jos suuntaa poikkeutetaan, siihen tarvitaan energiaa.
F=ma
E=W, W=F x s, eli työ on voima x voiman kulkema matka.
Nämä pätevät, vaikka omena olisi pudonnut herra Dunlopin päähän.

Taisit juuri todistaa että hyrrä ei voi toimia?

Entäs tasainen pyörivä liike (tasainen ympyräliike), esimerkiksi pyörivä kappale, esinerkiksi auto karusellissa tai vaikka pyörimässä narun nokassa. Jos ei ole kitkaa, kappale jatkaa pyörimistä ikuisesti tai vaikka vauhtipyörä ei lämpene sen takia että siinä energiaa kuluisi kun sen partikkeleita käännetään suorasta liikkeestä. Lukion fysiikan kirja käteen...

Tai sitten tarvitaan joku korjaus noihin kaavoihin ja millainen:
https://www.physics.wisc.edu/ingersollm ... optheloop/" onclick="window.open(this.href);return false;

[XM-Hannu]

Taisit juuri todistaa että hyrrä ei voi toimia?

Ei, en minä, vaan veljeni Anton.

https://www.youtube.com/watch?v=KuoQAsQFFV4" onclick="window.open(this.href);return false;

Minun kirjoitukseni todistaa lähes aukottomasti, että Nissan Qashqai on ruma.

[jto]

Lopuksi lyhyesti fysiikan kertaus:
Kappaleella on liike-energiaa kulkusuuntaansa. Jos suuntaa poikkeutetaan, siihen tarvitaan energiaa.
F=ma
E=W, W=F x s, eli työ on voima x voiman kulkema matka

1. Liike-energia on skalaarisuure. Sillä ei ole suuntaa.

2. Jos kulkusuuntaa poikkeutetaan, siihen tarvitaan kulkusuuntaan nähden kohtisuora voima.

3. Voiman tekemä työ on voima x voiman vaikutuspisteen kulkema matka voiman suunnassa (tarkemmin: integroidaan). Kulkusuuntaa poikkeuttava voima ei tee työtä, koska ko. voima ja sen infinitesimaalinen siirtymä ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan.

[XM-Hannu]

Ok. Kirjoitin väärin, tunnustan. Kappaleella on vapaasti kulkiessaan liike.energiaa kaavan E=0,5 mv² mukainen määrä - JA - liikesuunta. Jos suuntaa muutetaan, esim. rattia kääntämällä, niin mikä tekee suunnanmuutostyön? Asfaltti tai maanpinta EI tee työtä.

[Lexa]

niin mikä tekee suunnanmuutostyön? .

Ratinkääntäjä...

[XM-Hannu]

Entä, jos autolla ei ole liike.energiaa. Riittääkö ratin kääntäminen muuttamaan auton asentoa? Vai täytyykö jonkun tehdä työtä asian eteen?

[olli__o]

Auton asento tosiaan vaatiikin hieman voimia (kun ei ole pistemäinen massa vaan sillä on hitausmomentti) , eli mutkassa auto saatetaan myös pyörivään liikeeseen, mutta samoin hitausmomentteja vastaan jouduttaisiin käyttämään voimia myös vaikka renkaissa (vaikka kitka olisi nolla) sisäkurvissa olevien pyörien kulmanopeus hidastuu (pyörivät hitaammin) ja ulkokurvissa toisin päin.

Mutta laske tai pyydä jotain fyysikkokaveria laskemaan kun kappale liu'utetaan mäkeä alas (pystykorkeus vaikka 10 m), mikä on nopeus mäen alla kun kitkaa ei ole, eikä tarvitse massan pyörittämisen hitausmomenttiakaan huomioida -olettaisin pyörimisnopeuden muutoksen olevan aika merkityksetöntä vaikka renkaiden kitkahäviöihin verrattina (ja jos massaa tarvitaan laskuissa, niin vaikka 1 kg, putoamiskiihtyvyys 9,81 m/s2, ei kitkaa eikä ilmanvastusta):
a) "kaunis" s-mallinen mäki
b) jyrkkä viivasuora mäki (voi olla useampia eri jyrkkyydelläkin, jos sniistä saadaan eri tuloksia)
c) "pullistunut" mäki
d) mäki jossa on looppi, ("kiekura") tms. matkalla (voi olla pystyssä, vinossa tai vaakasuorassa, jos vaikuttaa tuloksiin)

Jos jos sinusta niistä pitäisi saada erilaiset tulokset, niin keksi tai googleta niihin sopoiva kaava?