Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

66
Fizika 1i Fizika Tsz. 3 h előadás + 1 h gyakorlat 1.előadás

Transcript of Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Page 1: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Fizika 1i

Fizika Tsz3 h előadaacutes + 1 h gyakorlat

1előadaacutes

Mieacutert eacuteppen fizika

Fizikai kutataacutesok Alkalmazaacutesok

Szaacutemiacutetoacutegeacutepes haacuteloacutezat Internet (www )

Tranzisztor Feacutelvezető elektronika

Nemlin Egyenletek(aacuteramlaacutestan)

Szaacutemiacutetoacutegeacutep

GPS(atomoacutera rel elm) Helymeghataacuterozaacutes

40

Mieacutert eacuteppen fizika

CT (NMR)

Fizikai kutataacutesok Alkalmazaacutesok

Gyoacutegyaacuteszat raacutekdiagnosztika

Holograacutefia 3D keacutepalkotaacutes 3D TVbankkaacutertya stb

Anyagtudomaacuteny Uacutej anyagok DNS

Mieacutert eacuteppen fizika

Kaacuteosz elmeacutelet Modell

Mieacutert eacuteppen fizika

Mert eacuterdekes

Mieacutert eacuteppen fizika

Mert izgalmas a joumlvőKvantumszaacutemiacutetoacutegeacutep Nagy szaacutemolaacutesi sebesseacuteg

RSA koacuted feltoumlreacutese stb

Nanofizika Laacutethatatlan repuumllőgeacutepOumlntisztuloacute ruhaOumlngyoacutegyuloacute szaacutemiacutetoacutegeacutep

Robot kutyaYoutube robot dog boston dynamics httpsyoutubeM8YjvHYbZ9w

Mit kell tudni Matematik aacuteboacutel

Emleacutekeztet őI Vektorok

ar

br

ar

Vektorok oumlsszeadaacutesa

bavr +

b-r

cr

ar

ar

ar c

r

cbarrr ++

br

λ

abbarrrr +=+

br

br

br

br

br

Vektorgeometria

Vektor(ok) kivonaacutesa

ar

br ba =minus

vr

)b(-abarrrr +=minus

b-r

ar

br

)b(avr minus+

ar

br

barr minus a

r

br

abrr

minus

barr minus

Konponensek eacutes egyseacutegvektorok

x

y

ir

jr

rr

xr

yr

2

y

2

x rrrr +==r

Θ

x

y

r

rtan =Θ

Descartes koordinaacutetaacutek xr yramp

Polaacuter koordinaacutetaacutek r amp Θ

Θsdot= cosrrx

Θsdot= sinrry

jrirr yx

rrr +=

1ji ==rr

)rr(r yx=r

)r(r Θ=r

Elemi vektoralgebra

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =+

rr

dj)b(ai)b(aba yyxx

rrrrr =+++=+

xd yd

cj)b(ai)b(aba yyxxrrrrr =minus+minus=minus

xc yc

j)cb(ai)cb(acba yyyxxx

rrrrr +++++++=+++

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 2: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Mieacutert eacuteppen fizika

Fizikai kutataacutesok Alkalmazaacutesok

Szaacutemiacutetoacutegeacutepes haacuteloacutezat Internet (www )

Tranzisztor Feacutelvezető elektronika

Nemlin Egyenletek(aacuteramlaacutestan)

Szaacutemiacutetoacutegeacutep

GPS(atomoacutera rel elm) Helymeghataacuterozaacutes

40

Mieacutert eacuteppen fizika

CT (NMR)

Fizikai kutataacutesok Alkalmazaacutesok

Gyoacutegyaacuteszat raacutekdiagnosztika

Holograacutefia 3D keacutepalkotaacutes 3D TVbankkaacutertya stb

Anyagtudomaacuteny Uacutej anyagok DNS

Mieacutert eacuteppen fizika

Kaacuteosz elmeacutelet Modell

Mieacutert eacuteppen fizika

Mert eacuterdekes

Mieacutert eacuteppen fizika

Mert izgalmas a joumlvőKvantumszaacutemiacutetoacutegeacutep Nagy szaacutemolaacutesi sebesseacuteg

RSA koacuted feltoumlreacutese stb

Nanofizika Laacutethatatlan repuumllőgeacutepOumlntisztuloacute ruhaOumlngyoacutegyuloacute szaacutemiacutetoacutegeacutep

Robot kutyaYoutube robot dog boston dynamics httpsyoutubeM8YjvHYbZ9w

Mit kell tudni Matematik aacuteboacutel

Emleacutekeztet őI Vektorok

ar

br

ar

Vektorok oumlsszeadaacutesa

bavr +

b-r

cr

ar

ar

ar c

r

cbarrr ++

br

λ

abbarrrr +=+

br

br

br

br

br

Vektorgeometria

Vektor(ok) kivonaacutesa

ar

br ba =minus

vr

)b(-abarrrr +=minus

b-r

ar

br

)b(avr minus+

ar

br

barr minus a

r

br

abrr

minus

barr minus

Konponensek eacutes egyseacutegvektorok

x

y

ir

jr

rr

xr

yr

2

y

2

x rrrr +==r

Θ

x

y

r

rtan =Θ

Descartes koordinaacutetaacutek xr yramp

Polaacuter koordinaacutetaacutek r amp Θ

Θsdot= cosrrx

Θsdot= sinrry

jrirr yx

rrr +=

1ji ==rr

)rr(r yx=r

)r(r Θ=r

Elemi vektoralgebra

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =+

rr

dj)b(ai)b(aba yyxx

rrrrr =+++=+

xd yd

cj)b(ai)b(aba yyxxrrrrr =minus+minus=minus

xc yc

j)cb(ai)cb(acba yyyxxx

rrrrr +++++++=+++

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 3: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Mieacutert eacuteppen fizika

CT (NMR)

Fizikai kutataacutesok Alkalmazaacutesok

Gyoacutegyaacuteszat raacutekdiagnosztika

Holograacutefia 3D keacutepalkotaacutes 3D TVbankkaacutertya stb

Anyagtudomaacuteny Uacutej anyagok DNS

Mieacutert eacuteppen fizika

Kaacuteosz elmeacutelet Modell

Mieacutert eacuteppen fizika

Mert eacuterdekes

Mieacutert eacuteppen fizika

Mert izgalmas a joumlvőKvantumszaacutemiacutetoacutegeacutep Nagy szaacutemolaacutesi sebesseacuteg

RSA koacuted feltoumlreacutese stb

Nanofizika Laacutethatatlan repuumllőgeacutepOumlntisztuloacute ruhaOumlngyoacutegyuloacute szaacutemiacutetoacutegeacutep

Robot kutyaYoutube robot dog boston dynamics httpsyoutubeM8YjvHYbZ9w

Mit kell tudni Matematik aacuteboacutel

Emleacutekeztet őI Vektorok

ar

br

ar

Vektorok oumlsszeadaacutesa

bavr +

b-r

cr

ar

ar

ar c

r

cbarrr ++

br

λ

abbarrrr +=+

br

br

br

br

br

Vektorgeometria

Vektor(ok) kivonaacutesa

ar

br ba =minus

vr

)b(-abarrrr +=minus

b-r

ar

br

)b(avr minus+

ar

br

barr minus a

r

br

abrr

minus

barr minus

Konponensek eacutes egyseacutegvektorok

x

y

ir

jr

rr

xr

yr

2

y

2

x rrrr +==r

Θ

x

y

r

rtan =Θ

Descartes koordinaacutetaacutek xr yramp

Polaacuter koordinaacutetaacutek r amp Θ

Θsdot= cosrrx

Θsdot= sinrry

jrirr yx

rrr +=

1ji ==rr

)rr(r yx=r

)r(r Θ=r

Elemi vektoralgebra

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =+

rr

dj)b(ai)b(aba yyxx

rrrrr =+++=+

xd yd

cj)b(ai)b(aba yyxxrrrrr =minus+minus=minus

xc yc

j)cb(ai)cb(acba yyyxxx

rrrrr +++++++=+++

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 4: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Mieacutert eacuteppen fizika

Kaacuteosz elmeacutelet Modell

Mieacutert eacuteppen fizika

Mert eacuterdekes

Mieacutert eacuteppen fizika

Mert izgalmas a joumlvőKvantumszaacutemiacutetoacutegeacutep Nagy szaacutemolaacutesi sebesseacuteg

RSA koacuted feltoumlreacutese stb

Nanofizika Laacutethatatlan repuumllőgeacutepOumlntisztuloacute ruhaOumlngyoacutegyuloacute szaacutemiacutetoacutegeacutep

Robot kutyaYoutube robot dog boston dynamics httpsyoutubeM8YjvHYbZ9w

Mit kell tudni Matematik aacuteboacutel

Emleacutekeztet őI Vektorok

ar

br

ar

Vektorok oumlsszeadaacutesa

bavr +

b-r

cr

ar

ar

ar c

r

cbarrr ++

br

λ

abbarrrr +=+

br

br

br

br

br

Vektorgeometria

Vektor(ok) kivonaacutesa

ar

br ba =minus

vr

)b(-abarrrr +=minus

b-r

ar

br

)b(avr minus+

ar

br

barr minus a

r

br

abrr

minus

barr minus

Konponensek eacutes egyseacutegvektorok

x

y

ir

jr

rr

xr

yr

2

y

2

x rrrr +==r

Θ

x

y

r

rtan =Θ

Descartes koordinaacutetaacutek xr yramp

Polaacuter koordinaacutetaacutek r amp Θ

Θsdot= cosrrx

Θsdot= sinrry

jrirr yx

rrr +=

1ji ==rr

)rr(r yx=r

)r(r Θ=r

Elemi vektoralgebra

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =+

rr

dj)b(ai)b(aba yyxx

rrrrr =+++=+

xd yd

cj)b(ai)b(aba yyxxrrrrr =minus+minus=minus

xc yc

j)cb(ai)cb(acba yyyxxx

rrrrr +++++++=+++

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 5: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Mieacutert eacuteppen fizika

Mert eacuterdekes

Mieacutert eacuteppen fizika

Mert izgalmas a joumlvőKvantumszaacutemiacutetoacutegeacutep Nagy szaacutemolaacutesi sebesseacuteg

RSA koacuted feltoumlreacutese stb

Nanofizika Laacutethatatlan repuumllőgeacutepOumlntisztuloacute ruhaOumlngyoacutegyuloacute szaacutemiacutetoacutegeacutep

Robot kutyaYoutube robot dog boston dynamics httpsyoutubeM8YjvHYbZ9w

Mit kell tudni Matematik aacuteboacutel

Emleacutekeztet őI Vektorok

ar

br

ar

Vektorok oumlsszeadaacutesa

bavr +

b-r

cr

ar

ar

ar c

r

cbarrr ++

br

λ

abbarrrr +=+

br

br

br

br

br

Vektorgeometria

Vektor(ok) kivonaacutesa

ar

br ba =minus

vr

)b(-abarrrr +=minus

b-r

ar

br

)b(avr minus+

ar

br

barr minus a

r

br

abrr

minus

barr minus

Konponensek eacutes egyseacutegvektorok

x

y

ir

jr

rr

xr

yr

2

y

2

x rrrr +==r

Θ

x

y

r

rtan =Θ

Descartes koordinaacutetaacutek xr yramp

Polaacuter koordinaacutetaacutek r amp Θ

Θsdot= cosrrx

Θsdot= sinrry

jrirr yx

rrr +=

1ji ==rr

)rr(r yx=r

)r(r Θ=r

Elemi vektoralgebra

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =+

rr

dj)b(ai)b(aba yyxx

rrrrr =+++=+

xd yd

cj)b(ai)b(aba yyxxrrrrr =minus+minus=minus

xc yc

j)cb(ai)cb(acba yyyxxx

rrrrr +++++++=+++

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 6: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Mieacutert eacuteppen fizika

Mert izgalmas a joumlvőKvantumszaacutemiacutetoacutegeacutep Nagy szaacutemolaacutesi sebesseacuteg

RSA koacuted feltoumlreacutese stb

Nanofizika Laacutethatatlan repuumllőgeacutepOumlntisztuloacute ruhaOumlngyoacutegyuloacute szaacutemiacutetoacutegeacutep

Robot kutyaYoutube robot dog boston dynamics httpsyoutubeM8YjvHYbZ9w

Mit kell tudni Matematik aacuteboacutel

Emleacutekeztet őI Vektorok

ar

br

ar

Vektorok oumlsszeadaacutesa

bavr +

b-r

cr

ar

ar

ar c

r

cbarrr ++

br

λ

abbarrrr +=+

br

br

br

br

br

Vektorgeometria

Vektor(ok) kivonaacutesa

ar

br ba =minus

vr

)b(-abarrrr +=minus

b-r

ar

br

)b(avr minus+

ar

br

barr minus a

r

br

abrr

minus

barr minus

Konponensek eacutes egyseacutegvektorok

x

y

ir

jr

rr

xr

yr

2

y

2

x rrrr +==r

Θ

x

y

r

rtan =Θ

Descartes koordinaacutetaacutek xr yramp

Polaacuter koordinaacutetaacutek r amp Θ

Θsdot= cosrrx

Θsdot= sinrry

jrirr yx

rrr +=

1ji ==rr

)rr(r yx=r

)r(r Θ=r

Elemi vektoralgebra

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =+

rr

dj)b(ai)b(aba yyxx

rrrrr =+++=+

xd yd

cj)b(ai)b(aba yyxxrrrrr =minus+minus=minus

xc yc

j)cb(ai)cb(acba yyyxxx

rrrrr +++++++=+++

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 7: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Robot kutyaYoutube robot dog boston dynamics httpsyoutubeM8YjvHYbZ9w

Mit kell tudni Matematik aacuteboacutel

Emleacutekeztet őI Vektorok

ar

br

ar

Vektorok oumlsszeadaacutesa

bavr +

b-r

cr

ar

ar

ar c

r

cbarrr ++

br

λ

abbarrrr +=+

br

br

br

br

br

Vektorgeometria

Vektor(ok) kivonaacutesa

ar

br ba =minus

vr

)b(-abarrrr +=minus

b-r

ar

br

)b(avr minus+

ar

br

barr minus a

r

br

abrr

minus

barr minus

Konponensek eacutes egyseacutegvektorok

x

y

ir

jr

rr

xr

yr

2

y

2

x rrrr +==r

Θ

x

y

r

rtan =Θ

Descartes koordinaacutetaacutek xr yramp

Polaacuter koordinaacutetaacutek r amp Θ

Θsdot= cosrrx

Θsdot= sinrry

jrirr yx

rrr +=

1ji ==rr

)rr(r yx=r

)r(r Θ=r

Elemi vektoralgebra

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =+

rr

dj)b(ai)b(aba yyxx

rrrrr =+++=+

xd yd

cj)b(ai)b(aba yyxxrrrrr =minus+minus=minus

xc yc

j)cb(ai)cb(acba yyyxxx

rrrrr +++++++=+++

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 8: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Mit kell tudni Matematik aacuteboacutel

Emleacutekeztet őI Vektorok

ar

br

ar

Vektorok oumlsszeadaacutesa

bavr +

b-r

cr

ar

ar

ar c

r

cbarrr ++

br

λ

abbarrrr +=+

br

br

br

br

br

Vektorgeometria

Vektor(ok) kivonaacutesa

ar

br ba =minus

vr

)b(-abarrrr +=minus

b-r

ar

br

)b(avr minus+

ar

br

barr minus a

r

br

abrr

minus

barr minus

Konponensek eacutes egyseacutegvektorok

x

y

ir

jr

rr

xr

yr

2

y

2

x rrrr +==r

Θ

x

y

r

rtan =Θ

Descartes koordinaacutetaacutek xr yramp

Polaacuter koordinaacutetaacutek r amp Θ

Θsdot= cosrrx

Θsdot= sinrry

jrirr yx

rrr +=

1ji ==rr

)rr(r yx=r

)r(r Θ=r

Elemi vektoralgebra

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =+

rr

dj)b(ai)b(aba yyxx

rrrrr =+++=+

xd yd

cj)b(ai)b(aba yyxxrrrrr =minus+minus=minus

xc yc

j)cb(ai)cb(acba yyyxxx

rrrrr +++++++=+++

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 9: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Emleacutekeztet őI Vektorok

ar

br

ar

Vektorok oumlsszeadaacutesa

bavr +

b-r

cr

ar

ar

ar c

r

cbarrr ++

br

λ

abbarrrr +=+

br

br

br

br

br

Vektorgeometria

Vektor(ok) kivonaacutesa

ar

br ba =minus

vr

)b(-abarrrr +=minus

b-r

ar

br

)b(avr minus+

ar

br

barr minus a

r

br

abrr

minus

barr minus

Konponensek eacutes egyseacutegvektorok

x

y

ir

jr

rr

xr

yr

2

y

2

x rrrr +==r

Θ

x

y

r

rtan =Θ

Descartes koordinaacutetaacutek xr yramp

Polaacuter koordinaacutetaacutek r amp Θ

Θsdot= cosrrx

Θsdot= sinrry

jrirr yx

rrr +=

1ji ==rr

)rr(r yx=r

)r(r Θ=r

Elemi vektoralgebra

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =+

rr

dj)b(ai)b(aba yyxx

rrrrr =+++=+

xd yd

cj)b(ai)b(aba yyxxrrrrr =minus+minus=minus

xc yc

j)cb(ai)cb(acba yyyxxx

rrrrr +++++++=+++

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 10: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Vektor(ok) kivonaacutesa

ar

br ba =minus

vr

)b(-abarrrr +=minus

b-r

ar

br

)b(avr minus+

ar

br

barr minus a

r

br

abrr

minus

barr minus

Konponensek eacutes egyseacutegvektorok

x

y

ir

jr

rr

xr

yr

2

y

2

x rrrr +==r

Θ

x

y

r

rtan =Θ

Descartes koordinaacutetaacutek xr yramp

Polaacuter koordinaacutetaacutek r amp Θ

Θsdot= cosrrx

Θsdot= sinrry

jrirr yx

rrr +=

1ji ==rr

)rr(r yx=r

)r(r Θ=r

Elemi vektoralgebra

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =+

rr

dj)b(ai)b(aba yyxx

rrrrr =+++=+

xd yd

cj)b(ai)b(aba yyxxrrrrr =minus+minus=minus

xc yc

j)cb(ai)cb(acba yyyxxx

rrrrr +++++++=+++

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 11: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Konponensek eacutes egyseacutegvektorok

x

y

ir

jr

rr

xr

yr

2

y

2

x rrrr +==r

Θ

x

y

r

rtan =Θ

Descartes koordinaacutetaacutek xr yramp

Polaacuter koordinaacutetaacutek r amp Θ

Θsdot= cosrrx

Θsdot= sinrry

jrirr yx

rrr +=

1ji ==rr

)rr(r yx=r

)r(r Θ=r

Elemi vektoralgebra

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =+

rr

dj)b(ai)b(aba yyxx

rrrrr =+++=+

xd yd

cj)b(ai)b(aba yyxxrrrrr =minus+minus=minus

xc yc

j)cb(ai)cb(acba yyyxxx

rrrrr +++++++=+++

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 12: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Elemi vektoralgebra

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =+

rr

dj)b(ai)b(aba yyxx

rrrrr =+++=+

xd yd

cj)b(ai)b(aba yyxxrrrrr =minus+minus=minus

xc yc

j)cb(ai)cb(acba yyyxxx

rrrrr +++++++=+++

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 13: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Skalaacuterszorzat ϕsdot=sdot cosbabarrrr

ar

br

ϕ

Def

1jjii =sdot=sdotrrrr

eacutes 0ji =sdotrr

jaiaa yx

rrr += jbibb yx

rrr+= ba =sdot

rr

yyxx bababa +=sdotrr

ba

bacos rr

rr

sdotsdot=ϕ

Peacutelda munka

sFWrr

sdot=

zzba+

Szuperpoziacutecioacute

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 14: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Vektoriaacutelis szorzat

γsdot=times sinbabarrrr

kjirrr

=times ikjrrr

=timeseacutes

jikrrr

=timeseacutes de 0kkjjii =times=times=timesrrrrrr

Jobbkeacutez-szabaacutely

Peacutelda forgatoacutenyomateacutek

FrMrrr

times=

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 15: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Vektoriaacutelis szorzat kiszaacutemiacutetaacutesa

bbb

aaa

kji

ba

zyx

zyx ==times

rrr

rr

( ) ( ) ( ) kbabajbabaibababa xyyxzxxzyzzyrrrrr

sdotminus+sdotminus+sdotminus=times

Szuperpoziacutecioacute

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 16: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

II Trigonometria

βα+βα=β+α sincoscossin)sin(

αα=α cossin2)2sin(

βαminusβα=β+α sinsincoscos)cos(+

αminusα=α 22 sincos)2cos(

βαminusβ+α=β+α

tgtg1

tgtg)(tg

+

1cossin 22 =α+α

HF )2(tg =α

)3cos( =α

2

cos =

α

Joacute tudni helliphellip

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 17: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

MATEMATIKA BEVEZETŐ1 Differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 18: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Mieacutert hasznos a differenciaacutelszaacutemiacutetaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg Pillanatnyi sebesseacuteg

Sebesseacuteg = uacutetidő

Peacutelda

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 19: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Uacutet-idő meacutereacutese diszkreacutet pontokban

s

t

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes a 4 s koumlzoumltt

t=1s

s=7m

Mekkora az aacutetlagsebesseacuteg a 3 eacutes az 5 s koumlzoumltt

s=16m

t=2s

Geometriai jelenteacutesα

A sebesseacuteg a viacutezszintessel bezaacutert szoumlg tangenseacuteta meredekseacuteget mutatja meg

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 20: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Az uacutet eacutes idő koumlzoumltt ismert a fuumlggveacutenykapcsolat

peacutelda

x(t2)

x(t1)

t1 t2

A sebesseacuteg meacuteg mindig aacutetlagsebesseacuteg (a szelő meredekseacutege)a kifejezeacutes a differenciahaacutenyados

Ha t2 nagyon megkoumlzeliacuteti t1-et (t2 = t1 + Δt eacutes Δt rarr 0 )

a differenciahaacutenyados hataacutereacuterteacuteke a differenciaacutelhaacutenyados a derivaacutelt

amely megmutatjaa pillanatnyi sebesseacuteget (az eacuterintőmeredekseacutegeacutet) t1-ben

x

t

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

dt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 21: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

A differenciaacutelaacutes (derivaacutelaacutes) alkalmazaacutesa

Hataacuterozzuk meg az y=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutegeacutet x=3 pontban

f(x)=x2

Keacutepezzuumlk a fuumlggveacuteny derivaacuteltfuumlggveacutenyeacutet vagy derivaacuteltjaacutet

f(x)=x2 frsquo(x)=2x

Helyettesiacutetsuumlk be az eacuterinteacutesi pont x koordinaacutetaacutejaacutet

frsquo(x=3)=2bull3=6

Az f(x)=x2 fuumlggveacuteny grafikonjaacutenak meredekseacutege az x=3 helyen 6

tgα=6

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 22: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Derivaacutelaacutesi szabaacutelyok

( ) xx ee =prime

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 23: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Oumlsszetett fuumlggveacuteny

Oumlsszetett fuumlggveacuteny derivaacutelaacutesa

(f(g(x)))rsquo=frsquo(g(x))bullgrsquo(x)

Peacutelda

(sin(3x2))rsquo=cos(3x2)bull6x

f(g(x))

f=sin(x) g=3x2

f(g(x))=sin(3x2)

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 24: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Maacutesodik derivaacuteltf(x)=5x3

frsquo(x)=53x2=15x2

frsquorsquo(x)=152x=30x

Peacutelda

Alkalmazaacutes (pl)

x(t)=5t3

F=ma F kiszaacutemiacutethatoacute

xX(t)

1 D mozgaacutes

0

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 25: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Szeacutelsőeacuterteacutek meghataacuterozaacutesa

Peacutelda f(x)=2x3-21x2+60x+3

Hol van az f(x) fv szeacutelsőeacuterteacuteke

f(x) fuumlggveacuteny szeacutelsőeacuterteacuteke ott talaacutelhatoacute ahol frsquo(x)=0

frsquo(x)=6x2-42x+60

6x2-42x+60=0 x1=5 x2=2

Minimum vagy maximum

frsquo(x)=6x2-42x+60 frsquorsquo(x)=12x-42

frdquo(5)=18 frdquo(2)=-18Minimum Maximum

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 26: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

f(x)=2x3-21x2+60x+3

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 27: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Szokaacutesos jeloumlleacutes azidő szerinti derivaacuteltra

xdt

dxv amp==

xdt

xdv

dt

dva

2

2ampampamp ====

3D-benr

dt

rdv ampr

rr ==

rdt

rdv

dt

vda

2

2ampampr

r

amprr

r====

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 28: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Taylor-sor

)ax(2

)a(f)ax)(a(f)a(ff(x) 2 +minus

primeprime+minusprime+=

2

x1)xcos(

2+minus=

3

xx)xsin(

3+minus=

2

xx1e

2x +++=

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 29: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

2 Integraacutelszaacutemiacutetaacutes

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 30: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

CEacuteL

Goumlrbe alatti teruumllet meghataacuterozaacutesa

x1 x2 x1 x2

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 31: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Peacutelda

F F

s t

W=Fs I=Ftv

ts=vt

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 32: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Alsoacute-felső koumlzeliacutető oumlsszeg

Mineacutel finomabb a beosztaacutes az alsoacute eacutes a felső koumlzeliacutető oumlsszeg eacuterteacuteke annaacutel inkaacutebb megkoumlzeliacuteti egymaacutest

s(f) S(f)s(f) lt S(f)

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 33: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

IntegraacutelHa a beosztaacutes minden hataacuteron tuacutel finomodik akkor

s(f)=S(f)

=s(f)=S(f)

ba

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 34: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Az integraacutel kiszaacutemiacutetaacutesaNewton-Leibniz teacutetel

Ha leacutetezik F(x) uacutegy hogy

F(x) az f(x)fuumlggveacuteny primitiacutev fuumlggveacutenye

Frsquo(x)=f(x)

A primitiacutev fuumlggveacuteny segiacutetseacutegeacutevel a hataacuterozott integraacutel kiszaacutemiacutethatoacute

int= dx)x(f)x(F

(Hataacuterozatlan integraacutel)

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 35: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Peacuteldaf(x)=x2

f(x)=x2

F(x)=x33

Ellenőrzeacutes

(F(x))rsquo=f(x)

=(2)33-(1)33=73=233

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 36: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Integraacutelaacutesi szabaacutelyok ndash Primitiacutev fuumlggveacuteny

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 37: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Primitiacutev fuumlggveacuteny meghataacuterozaacutesa

intsin5(x)cos(x)dxPeacuteldaintsin(3x+5)dx

intsin(x5)x4dx

H F

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 38: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Parciaacutelis integraacutelaacutes

Peacutelda

Peacutelda2 H F

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 39: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Peacuteldaacutek

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 40: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Kinematika

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 41: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

A kinematika alapjai A toumlmegpont helyeacutenek megadaacutesa az id ő fuumlggveacutenyeacuteben

Toumlmegpont helyzete )(trr

Elmozdulaacutes )()( 12 trtrrrrr minus=∆

Megtett uacutet rΔs

i

isum=r

Kinematika rarr toumlmegpont helyzete rarr pl tenisz challange

Apophis kisbolygoacute

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 42: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Legegyszer űbb modell 1 D - mozgaacutes

0 x(t) x

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 43: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Definiacutecioacutek

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

dx

t

txttxtv

t=

∆minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

xsd [m] pontosabban keacutesőbb t [s]

Meacuterteacutekegyseacuteg ms

Elmozdulaacutes sumint ==minusi

ii

t

t

12 Δtvv(t)dt)x(t)x(t

2

1

Poziacutecioacute += 0x)t(x

v = 72 kmh = 20 ms

elmozdulaacutes

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 44: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Legegyszer űbb mozgaacutes egyenesvonaluacute egyenletes mozgaacutes

v = const

tx-x(t)

v o=

tvxx(t) o sdot+=

ts

v = tvs sdot=

x

t

xo

x(t)

v(t)

t

v

t

tvs sdot=

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 45: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

GPS

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 46: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Egy egyszer ű feladat

A B

s

Aacutetlagsebesseacuteg (laacutettuk)

Average velocity Average speed

12

12 )()(tt

txtx

idő

elmozdulaacutes

minusminus=

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 47: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Egy paradoxon Achilleus eacutes a tekn ősbeacuteka

Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet mert mire odaeacuter ahol a teknősbeacutekavolt eredetileg addig a teknős előbbre jutott eacutes iacutegy tovaacutebb hellip

x(t)

tt

Megoldaacutes Achilleus nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet amiacuteg nem eacuteri utol a teknősbeacutekaacutet

Hol a hiba

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 48: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Hosszuacutesaacuteg eacutes id őegys eacutegA maacutesodperc A maacutesodpercet eredetileg az aacutetlagosNap-nap segiacutetseacutegeacutevel lehetett meghataacuterozni annak 186400-ad reacutesze

Atomoacutera nagy pontossaacuteg1ms eacutev vagy jobb

A meacuteter 1 meacuteter a Foumlld keruumlleteacutenek (a Paacuterizson aacutetmenő deacutelkoumlrnek)140000000-od reacutesze rarr ősmeacuteter

A maacutesodperc az alapaacutellapotuacuteceacutezium-133 atom keacutet hiperfinomenergiaszintje koumlzoumltti aacutetmenetnek megfelelő sugaacuterzaacutes 9192631770 perioacutedusaacutenak időtartama

1 meacuteter Kr86 narancssaacuterga spektrumvonalaacutenak 165076373 - szorosa

Pontosabb definiacutecioacute jegyzet

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 49: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

v ne const rArr v = v(t)

Gyorsulaacutes

12

12

-tt

))-v(tv(t

Δt

Δva

aacutetl==Def aacutetlagos gyorsulaacutes

2s

m

t1 t2

∆v

∆t

α

v(t2)

v(t1)

t

aaacutetl = tgαv(t)

Def pillanatnyi gyorsulaacutes

dt

dv

Δt

tvttvta

t=minus∆+=

rarr∆

)()()( lim

0

0

i

ii vta)t(v +∆=sum

0

i

ii xtv)t(x +∆=sum

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 50: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Mozgaacutes aacutelland oacute gyorsulaacutessal

a = const

t

v(t)-va o=

tavv(t)o

sdot+=

v(t)

t

a gt 0 v(t)

t

vo

a lt 0

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 51: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

int intint ++prime

=+=

primett

xtvddaxdvtx0

00

0

0

0

)()()( ττττττ

t

vo

∆v=at

tvo sdot

2at21

Elmozdulaacutes eacutes poziacutecioacutev

t

2

21

attvso

+sdot=Elmozdulaacutes

( ) 2

21

attvxtxoo

+sdot+=

Laacutettuk

Poziacutecioacute

v1

t

v2

a = const

a

vvt

vvs

22

2

1

2

221 minus=+=

v

t

a = constv0 = 0

a

vvtats

2221 2

2 ===

t

vv

t

a = const v1 = v0

v2 = 0

t

v

v0

a

vtvtas

2221 2

002 ===

Feladatmegoldaacuteshoz hasznos formulaacutek

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 52: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Szabadeseacutes

g = 981 ms2 asymp 10 ms2

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 53: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Mintapeacuteldaacutek hellip

2 ea 2D eacutes 3D mozgaacutes + koordinaacutetarendszerek

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 54: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

2D eacutes 3D mozgaacutes

Aacutetlagsebesseacuteg (vektor) t

rv

aacutetl ∆∆=r

r

idő

elmozdulaacutesv

aacutetl=

r

Aacutetlagsebesseacuteg

oumlssz

oumlsszaacutetl t

sv =

Pillanatnyi sebesseacutegdt

rdtv

rr =)(

Mivel t

udrrdrr =

tur

eacuterintő iraacutenyuacute egyseacutegvektor

dt

udru

dt

drtv t

t

rrr +=)(

tvr

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 55: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

x

y

rr

rer

ϕer

rerrrr =

vr

rrererr amprr

ampampr +=

ϕϕeer

rampamp

r =r

eerampamp

r ϕϕ minus=

)(ter

r

)(teϕ

r

)( dtter

+r

redr

)( dtte +ϕ

r

ϕedr

rvr

tvr

ϕϕererrvr

ramp

rampamp

rr +==

ϕϕϕ ϕϕϕ ererererervarr

ampramp

rampamp

rampampamp

ramp

rampampamp

rr ++++==

( ) ( ) ϕϕϕϕ errerrar

rampampampamp

rampampamp

r ++minus= 22

rvr

tvr

ϕd

Polaacuterkoordinaacutetaacutek r ϕ

ϕ

(siacutekbeli)

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 56: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

00

)()( rdvtrt

rrr += int ττA toumlmegpont helyzete

A toumlmegpont aacuteltal megtett uacutet ττ dvst

int=0

)(

A toumlmegpont gyorsulaacutesa ( )ttt

uvuvuvdt

d

dt

vda amp

rramp

rr

r +===

R

v

dt

du

R

vdt

u

dut

t

t =rArr= r

nR

vuva t

rramp

r2

+=

(egyszerűen)

ta

cpa

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 57: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

cpar (t)v

r

tar

R

ar

tcp aaarrr +=

cpar

tar

ahol t

vlima

0tt ∆

∆=rarr∆

22

tcpaaa +=

v ne const

cpar

(t)vr

tar

R

ar

v csoumlkken 0 at lang

0 at rangv noumlvekszik

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 58: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Egy speciaacutelis eset consta =r

2

21

tatvr(t)roo

sdot+sdot+= rrrrtav(t)v

osdot+= rrr

2

21

tatvxx(t)xxoo

+sdot+=

tav(t)vxoxxsdot+=

2

21

tatvyy(t)yyoo

+sdot+=

tav(t)v yoyy sdot+=

Viacutezszintes mozgaacutes

Fuumlggőleges mozgaacutes

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 59: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Hajiacutetaacutes

ovr

oxvr

oyvr

s

Θvvooxcos=

Θvv ooy sin=

g

vt oy2=

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

fuumlggőleges mozgaacutes

2

21

tatvyy(t)yoyo

++=

0== fo yy

2

21

0 tatvyoy

+=

g

Θv

a

vt o

y

oy sin22=minus=

Θtvtvx(t)ooxcos==

g

ΘvΘvΘtvtv o

ooox

sin2coscoss sdot===

Θ

viacutezszintes elmozdulaacutes

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 60: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

A nagy Bertha eacutes tsi

vo = 1700 ms

θ = 55deg

s =

h =

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 61: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Egy joacute strateacutegia a h oacutegolyoacutecsataacutehoz avagy hogyan lehet a laacutenyokat (fiuacutekat) hoacutegolyoacuteval eltalaacutelni

( )απα minus= sinsin

Θ)(g

vs o 2sin

2

=

Tudjuk (alg)

( ) ( )βπ 2sin2sin)2sin( =minus= ΘΘ

Θminus=2πβ

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 62: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Egy uacutejabb p eacutelda avagy mieacutert eacutepiacutetetteacutek a vaacuterakat hegytetőre

1 megoldaacutes ax ay

2 megoldaacutes y(x)

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 63: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Ciklois goumlrbe

x(t) =

y(t) =

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 64: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Koordinaacuteta rendszerek

Descartes-feacutele koordinaacuteta rendszer

)( zyxkzjyixr =++=rrrr

Henger koordinaacuteta rendszer

)( zrr ϕ=r

x y

z

rr

ϕz

ρ

kzjyixvrramp

ramp

ramp

rampr ++==

kzjyixavrrampamp

rampamp

rampamp

rampr

ampampr ++===

kzerrrr += ρρ

kzeevrramp

ramp

ramp

rampr ++== ϕρ ϕρρ

kzeeavrrampamp

rrrampr

ampampr ++=== ϕρ ()()

Siacutekbeli polaacuter

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 65: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Goumlmbi koordinaacutetarendszer

x y

rr

ϕ

θ

z

)( θϕrr =r

rerrrr =

rer

ϕer

θer

θϕ θϕθ ererervrr

rampramp

ramp

rampr ++== sin

FHavr === rampr

ampampr

Segiacutetseacuteg kjΘiΘer

rrrr)cos(sinsincossin Θ++= ϕϕ

jierrr ϕϕϕ cossin +minus=

kΘjΘiΘeΘ

rrrrsinsincoscoscos minus+= ϕϕ

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)

Page 66: Fizika 1i 1ea - fizipedia.bme.hu

Kinematika rarr dinamika

Kepler toumlrveacutenyek

Nap

1

Nap

2

Nap

2a3

3

2

consta

T =

A1

A2

A1 = A2

(Tycho de Brahe)