-
2. fejezet
Kinematika
2.1. Az anyagi pont kinematikája
Az anyagi pont helyzetét valamely O kezdőpontú vonatkoztatási
rendszer-ben a t idő függvényeként
�r�t � helyzetvektorával adhatjuk meg. Az anyagi
pont pillanatnyi sebessége az�r�t � — feltétel szerint kétszer
differenciálható
— függvény idő szerinti elsőrendű deriváltja
�v � ˙�r � d
�r
dt �míg gyorsulása az
�a � ¨�r � d
2 �rdt2
másodrendű derivált. A mozgó pont felületi sebessége
d�A
dt� 1
2
�r � �v �
A mozgáshoz tartozó sebesség-, illetve gyorsuláshodográf az
origóba ek-vipolensen eltolt sebesség-, illetve gyorsulásvektorok
végpontjának mértanihelye.
Ha egy Descartes-féle vonatkoztatási rendszerben a pont
helyzetét az időfüggvényeként
�r � � x � t � � y
�t � � z
�t ��� derékszögű koordinátáival adjuk meg,
akkor a sebesség koordinátái:
vx � ẋ � vy � ẏ � vz � ż �
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
28 2. Kinematika
a sebesség v ��� �v � nagyságára pedigv2 � ẋ2 � ẏ2 � ż2 �
A gyorsulás skaláris összetevői és a ��� �a � nagyságáraax � ẍ
� ay � ÿ � az � z̈ � a
2 � ẍ2 � ÿ2 � z̈2 �Ha a mozgó pont pályájához kapcsolt, a
ponttal együtt mozgó � �t � �n � �b �
Frenet-féle kísérőtriéder tengelyeire vetítjük a sebességet és
a gyorsulást,akor az érintő menti, főnormális és binormális
irányú komponensek:
vt � v � dsdt � vn � 0 � vb � 0
és
at � v̇ � dvdt � an �v2
R � ab � 0 �ahol s az ívhossz (a megtett út egy kiindulási
ponttól), R pedig a görbületisugár.
Ha�r � �r � q1 � q2 � q3 � görbevonalú koordinátákat használjuk,
akkor a Hi ���� ∂ �r∂ai ��� Lamé-féle együtthatók, valamint az �ei
� 1Hi ∂ �r∂ai , i � 1 � 2 � 3 segítségé-
vel a sebességvektor�v � ∑3i � 1 Hiq̇i �ei alakban írható. Ha
görbevonalú koor-
dináták rendszere ortogonális, azaz az�ei egységvektorok
páronként merőle-
gesek egymásra, akkor a gyorsulás görbevonalú komponensei
ai � 12Hi
ddt ∂v2∂q̇i �� ∂v2∂qi � � i � 1 � 2 � 3 �
Sajátosan, az�r� θ � síkbeli polárkoordináták esetében
vr � ṙ � vθ � rθ̇ �ar � r̈ � rθ̇2 � aθ � 1r ddt � r2θ̇ � �
A mozgás síkjára merőleges felületi sebességvektor előjeles
hosza r2θ̇.
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 29
Megoldott gyakorlatok és feladatok
M 2.1. Igazoljuk, hogy egy anyagi pont sebessége nem függ a
helyzetvektorkezdőpontjának a megválasztásától.
Megoldás. Legyen O és O � két, egymáshoz viszonyítva
nyugalombanlevő pont (2.1. ábra). A P mozgó pont helyzetvektora a
két vonatkoztatási
pontra nézve�r � � �OP és �r � � � � �O � P, amely vektorokra �r
� � � �OO � � �r � , ahol az� � �OO � vektor állandó. Így d �rdt �
d �r �dt .
�
�
�
O
O �
P
� � �� � �
� � ���� � �OO ������ � � �
r �
��r � � � � � � � ��
�v
2.1. ábra. Az M 2.1. feladathoz
M 2.2. Egy egyenes mentén mozgó pont helyzetét az x � t 3 � 3t2
� 9t � 30összefüggés értelmezi, ahol x méterben, a t � 0 idő pedig
másodper-cben van kifejezve. Határozzuk meg:(a) azt az időpontot,
amikor a sebesség nulla lesz;(b) a pont pozícióját ebben a
pillanatban és az addig megtett út hoss-zát;(c) a pont gyorsulását
ebben a pillanatban;(d) a pont által t � 2 s-tól t � 5 s-ig megtett
távolságot.
Megoldás. A pont mozgásegyenlete, sebessége és gyorsulása
x � t3 � 3t2 � 9t � 30 � (2.1)v � dx
dt� 3t2 � 6t � 9 � (2.2)
a � dvdt
� 6t � 6 � (2.3)
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
30 2. Kinematika
(a) Azon időpont, amikor v � 0. A (2.2) egyenletbe v � 0
helyettesítéssel
3t2 � 6t � 9 � 0 � t � � � 1 � 3 � �A mozgás t � 0 kezdete utáni
megfelelő megoldás t � 3 s. Ha t ��� 0 � 3 � ,akkor v � 0 és a
pont a tengelyen negatív irányba mozog, ha t � 3, akkorv � 0 és a
pont pozitív irányba mozog.
(b) A pont helyzete v � 0-kor és az addig megtett út. A t � 3
s-ot (2.1)-behelyettesítve
x�3 � � 3 m,
míg induláskorx�0 � � 40 m.
Mivel a�0 � 3 � időintervallumban a sebesség sehol sem nulla,
mindvégig ne-gatív, így x mindvégig csökken és az indulástól
megtett út hossza
�∆x� � � x � 3 � � x � 0 � � � 37 m.
(c) A gyorsulás, amikor v � 0. A t � 3 s-ot (2.3)-be
helyettesítve
a�3 � � 12 m/s2.
(d) A t � 2 s-tól t � 5 s-ig megtett út hossza. Mivel a pont
negatív iránybamozog, amíg t �� 2 � 3 � , majd pozitív irányba t
�
�3 � 5 esetén, a megtett utakhosszát külön-külön kiszámoljuk és
összegezzük:
�x�3 � � x � 2 � � � � x � 5 � � x � 3 � � � � 3 � 8 � � � 35 �
3 � � 37 m.
M 2.3. Egy labdát 9 m/s-os kezdősebességgel feldobnak a
talajtól 18 m ma-gasban levő ablakból. Tudva azt, hogy a labda
9,81 m/s2-es állandónagyságú gyorsulása mindvégig lefelé mutat,
határozzuk meg:(a) a labda v sebességét és talaj fölötti y
magasságát minden t időpil-lanatra;(b) a labda által elért
maximális magasságot és a megfelelő időpontot;(c) azt az
időpontot, amikor a labda földet ér és a sebességét,
amellyelleesik.
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 31
Megoldás. (a) Sebesség és magasság. A labda helykoordinátáját
(ma-gasságát) adó y koordináta tengely O kezdőpontját a talaj
szintjénél választ-juk, pozitív irányát pedig függőlegesen
felfelé. A pont gyorsulása ezekszerint a � � 9 � 81 m/s2, kezdeti
helyzete és sebessége pedig a t � 0 kez-deti időpontban: y0 � 18
m, v0 � 9 m/s. A dv � dt � a egyenletet integrálva
� vv0 � 9 dv � � � t0 9 � 81dt
v � 9 � 9 � 81t � (2.4)A dy � dt � v egyenletet integrálva
� yy0 � 18 dy � � t0 � 9 � 9 � 81t � dt �
y � 18 � 9t � 4 � 905t2 � (2.5)(b) A legnagyobb magasság. A
legnagyobb magasságot a labda akkor
éri el, amikor a (2.5) trinomnak maximuma van. Ez a tmax � � 92
� � � 4 � 905 � �99 � 91 � 0 � 917 s-kor lesz. A megfelelő
maximális érték ymax � 22 � 89 m. (Amegfelelő időpont azonnal
adódik abból a feltételből, hogy ekkor a sebességnulla.)
(c) A labda földetér. A labda leesésekor y � 0. Ezt
behelyettesítve a (2.5)összefüggésbe a
18 � 9t � 4 � 905t2 � 0másodfokú egyenletet kapjuk amelynek
gyökei t1 � � 1 � 206 s és t2 � 3 � 041s. A t � 3 � 041 s időpont
felel meg a mozgás kezdete utáni földetérésnek.Ekkor a sebesség
v � 9 � 9 � 81 � 3 � 041 � � 20 � 83 m/s.Tehát a lefelé eső (v
� 0) labda 20,83 m/s sebességgel ér földet.M 2.4. Határozzuk meg az
ágyúcsőnek a vízszintessel bezárt α szögét ah-
hoz, hogy a v0 kezdeti sebességű lövedék eltalálja a d
távolságnál hmagasságban levő célpontot. (Ismert, hogy a lövedék
gyorsulása afüggőlegesen lefelé mutató g állandó nagyságú
nehézségi gyorsulás
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
32 2. Kinematika
és a mozgás síkmozgás. A légellenállást elhanyagoljuk.)
Mekkoralesz a keresett szög v0 � 240 m/s, d � 3600 m, h � 600 m
esetében?
Megoldás. A mozgás függőleges síkjában vezessük be a vízszintes
irányúOx és függőlegesen felfelé irányított Oy tengelyeket, az O
kezdőpontot a ki-indulási pontba választva. A feladat adatai
alapján a következő matematikaimodell (peremérték-feladat) írható
fel:���� ��� ẍ � 0 � ÿ � � g �x � 0 � � 0 � y � 0 � � 0 �x � t �
� � d � y � t � � � h �ẋ � 0 � � v0 cosα � ẏ � 0 � � v0 sin α
�ahol α és t � (a célbaérés pillanata) ismeretlenek. Az x � y
koordinátákat adódifferenciálegyenleteket integrálva a megadott
kezdeti feltételek figyelembe-vételével
x�t � � v0 cosα t �
y�t � � � g2 t2 � v0 sin α t
összefüggéseket kapjuk. A célbatalálás feltételei a t �
pillanatbanv0 cosα t � � d �� g2 � t � � 2 � v0 sinα t � � h �
Az első egyenletből kifejezve t � -ot és a másodikba
helyettesítve, a� g2 dv0 cosα � 2 � v0 sin α dv0 cosα � h
egyenlethez jutunk, amelyből az 1 � cos2 α � 1 � tan2 α
összefüggés alapjána
gd2 tan2 α � 2dv20 tanα � gd2 � 2hv20 � 0egyenletet kapjuk. A
v40 � g2d2 � 2ghv20 � 0 feltétel teljesülése esetén a ke-resett α
szög egy vagy két megoldása a
�tanα � 1 � 2 �
v20 ��� v40 � g2d2 � 2ghv20gd
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 33
egyenletek alapján határozható meg.A megadott számértékekre
�tanα � 1 � 2 � 6876 és
�tan α � 2 � 0 � 57436, ahon-nan a két lehetséges megoldás
α1 � 69 � 58oés α2 � 29 � 87
o �M 2.5. Ha egy adott pillanatban ismert az M anyagi pont
sebesség- és gyor-
sulásvektora, szerkeszzük meg a pálya görbületi
középpontját.
�M ��t
� � � � ��� �n
��b
�M ��v
M1��� ����a
M2M3
an
M4
�O
2.2. ábra. Az M 2.5. feladathoz
Megoldás. A � �t � �n � �b � kísérőtriéderhez viszonyított
Frenet-féle koordiná-ta-rendszerben (2.2. első ábra) alkalmazva a
Frenet-féle d �tds � 1R �n összefüg-gést, meghatározzuk a
sebesség-, illetve gyorsulásvektortok komponenseit:
�v � d
�r
dt� d
�r
ds� dsdt
� ṡ � �t, ṡ � v
�a � d
�v
dt� d
dt � ṡ�t � � s̈�t � ṡd �tdt � s̈�t � ṡ d �tds � dsdt� s̈�t �
ṡ2 d �t
ds� s̈�t � ṡ2
R
�n, at � v̇, an � v2R �
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
34 2. Kinematika
ahonnan
R � v2
an� (2.6)
A szerkesztés alapötletét a gyorsulás normális vetületére
vonatkozó (2.6)összefüggés adja, ahol R a görbületi sugár. A
sebesség- és gyorsulásvek-torok által meghatározott simulósíkban a
következő szerkesztéseket végez-zük: Bevezetjük az � � � �MM1 �
�v; � � � �MM2 � �a jelöléseket (2.2. második ábra).AzMM1 érintő
egyenesre az M-ben merőlegest állítunk és jelöljük M3-mal
agyorsulásvektor M2 végpontjának a vetületét erre az egyenesre.
Legyentovábbá M4 az M3-nak M-re vonatkozó szimetrikusa. Meghúzzuk
az M1-ből az M4M1-re merőleges egyenest, amely az MM3 félegyenest
O -banmetszi. Igazoljuk, hogy az így megszerkesztett O pont a
keresett görbületiközéppont. Alkalmazzuk az M4OM1 derékszögű
háromszögben a magasságtételét: MM21 � MM4 � MO. Tehát v2 � MO � an
mivel az MM4 � MM3 � an.Innen következik, hogy az MO � v2an � ami
valóban azt mutatja, hogy MOegyenlő a görbületi sugárral.M 2.6.
Egy anyagi pont az y � px2 � p � 0 � egyenletű parabolán v
állandó
nagyságú sebességgel mozog. Határozzuk meg a pont
gyorsulásátamikor az a parabola csúcsában található.
Megoldás. A gyorsulás érintő menti komponense egyenlő
nullával, mivela sebesség nagysága állandó. Tehát az a � an � v2R .
Ahhoz, hogy a gyorsulástmeghatározzuk, ki kell számítsuk a parbola
csúcsához, az O
�0 � 0 � ponthoztartozó R görbületi sugarat. Ezt az
R � � 1 � y � 2 � 32y � �
������x � 0
ismert összefüggésből határozhatjuk meg, ahol y ��x � 0 � dydx
��� x � 0 � 2px � x � 0 �
0 és y � ��x � 0 � d2yd2x ��� x � 0 � 2p. Innen R � 12p . Tehát
a gyorsulás nagysága
a � an � 2pv2.M 2.7. Határozzuk meg a sebességvektor és
gyorsulásvektor komponenseit
gömbi koordinátákban.
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 35
O��
��� �
x
�y
�z
��
��
� � P
r
x
y
z
�
�
�
�
�
�
θ
ϕ
2.3. ábra. M 2.7. Gömbkoordináták
Megoldás. A helyzetvektor derékszögű komponenseinek kifejezése
göm-bi koordinátákkal az
�r � � r sin θcos ϕ � y � r sinθsin ϕ � z � r cosθ � �
képlettel adható meg (lásd . ábra). Ennek alapján a Lamé-féle
együtthatók
Hr ����� ∂ �r∂r ���� � � � sinθcos ϕ � 2 � � sin θsinϕ � 2 � �
cosθ � 2 � 1 �
Hθ ����� ∂ �r∂θ ���� � � � r cos θcosϕ � 2 � � r cos θsin ϕ � 2
� � � r sin θ � 2 � r�
Hϕ ����� ∂ �r∂ϕ ���� � � � � r sin θsinϕ � 2 � � r sin θcosϕ � 2
� r sin θ �
A sebesség megfelelő komponensei:
vr � Hrṙ � ṙ, vθ � Hθθ̇ � rθ̇, vϕ � Hϕϕ̇ � r sin θϕ̇ �nagysága
pedig
v2 � ṙ2 � r2θ̇2 � r2 sin2 θϕ̇2 �K O R R E K T Ú R A 2006.
március 2.
-
36 2. Kinematika
A gyorsulás komponensei (mivel a rendszer ortogonális):
ar � 12Hr
ddt ∂v2∂ṙ � � ∂v2∂r � � r̈ � rθ̇2 � r sin2 θϕ̇2 �
aθ � 12Hθ
ddt ∂v2∂θ̇ � � ∂v2∂θ � � 1r ddt � r2θ̇ � � r sinθcos θϕ̇2 �
aϕ � 12Hϕ
ddt ∂v2∂ϕ̇ � � ∂v2∂ϕ � � 1r sin θ ddt � r2 sin2 θϕ̇ � �
M 2.8. Egy M anyagi pont az y2 � 2px � 0 egyenletű parabolán
mozog olymódon, hogy az origóra vonatkoztatott sebesség-hodográf
megegye-zik az adott parabolával. Határozzuk meg:(a) a
mozgásegyenleteket, a sebesség és gyorsulás nagyságát, ha tud-juk,
hogy a t � 0 időpontban az M pont az M0 � p2 � p � pozícióban
van;(b) a sebesség- és gyorsulásvektorok végpontjának mértani
helyét!
Megoldás. (a) A feltételeket matematikai formulákba öntve az
alábbiCauchy-feladathoz jutunk: ���� ��� y
2 � 2px � 0 �ẏ2 � 2pẋ � 0 �x � 0 � � p2 �y � 0 � � p �Az első
egyenletet deriválva kapjuk: 2yẏ � 2p � 0 � yẏ � pẋ � Ezt a
máso-dik egyenletbe helyettesítve ẏ2 � 2yẏ � 0, ahonnan ẏ � ẏ �
2y � � 0. Két esetlehetséges:
I. ha ẏ � 0, akkor a kezdeti feltételeket használva az y � p �
x �p2 moz-
gásegyenleteket kapjuk. Ebben az esetben az anyagi pont az M0
pontbanáll, vagyis a megadott koordináta-rendszerhez képest a pont
nem mozog,nyugalomban van.
II. ha ẏ � 2y, akkor 1y dy � 2dt � lny � ln p � 2t � y � pe2t �
ẏ � 2pe2t �Az y kifejezését az első egyenletbe helyettesítve
meghatározzuk az x-et: x �p2 e
4t . Ebben az esetben tehát az anyagi pont mozgásegyenletei x�t
� � p2 e4t ;
y�t � � pe2t . A sebességvektor komponensei: ẋ � 2pe4t ; ẏ �
2pe2t , és a
sebesség nagysága v � 2pe2t � 1 � e4t . A gyorsulásvektor
komponensei: ẍ �8pe4t , ÿ � 4pe2t és a gyorsulás nagysága a �
4pe2t � 1 � e4t .K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 37
(b) A sebességvektor végpontjának helyzetvektora az�r � �v
vektor, amely-
nek koordinátái �x1 � x � ẋ � � p2 � 2p � e4t � 5p2 e4t �y1 � y
� ẏ � � p � 2p � e2t � 3pe2t �
A végpont pályaegyenletét megkapjuk, ha az egyenletrendszerből
kiküszö-böljük az időt:
x1y21
�5p2�
3p � 2 �tehát a mértani hely az 5y21 � 18px1 � 0 egyenletű
parabola. Hasonlóanjárunk el a gyorsulásvektor esesetén is. A
gyorsulásvektor végpontjának he-lyzetvektora az
�r � �a vektor, az�
x2 � x � ẍ � � p2 � 8p � e4t � 17p2 e4t �y2 � y � ÿ � � p � 4p
� e2t � 5pe2t �koordinátákkal. A gyorsulásvektor végpontjának
implicit pályaegyenlete
x2y22
�17p
2�5p � 2 �
tehát a keresett mértani hely a 17y22 � 50px2 � 0 egyenletű
parabola.M 2.9. Határozzuk meg egy nyújthatatlan fonál végéhez
rögzített P anyagi
pont pályáját, ha a fonál másik végét a vízszintes síkon egy
egyenesmentén adott irányba mozgatjuk. Az így keletkezett görbe
neve trak-trix.
Megoldás. A P pont pályájának tetszőleges pontjában a sebesség
általmeghatározott érintő egybeesik a PT fonállal. A mozgás
síkjában megadottegyenest válasszuk Ox tengelynek. A fonál hossza
legyen a és a P pontkezdetben legyen az Oy tengelyen a
�0 � a � pontban (2.1. ábra). A görbeértelmezése szerint PT � a
(állandó). Legyen N a P pont vetülete az Ox
tengelyre. A PNT háromszögben felírható a traktrixot leíró
yy � � 2 � y2 � a2 (2.7)
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
38 2. Kinematika
O�x
�y
� � � � � � �
a
a
� P�x � y �
N T
2.4. ábra. M 2.9. feladat: a traktrix
egyenlet, ahol y � � dy � dx. A kapott differenciálegyenletet
integrálva adódika traktrix egyenlete:
x � a ln a � � a2 � y2y � � a2 � y2 �ahol a négy lehetséges
előjelkombináció a görbe különböző negyedekbe esőíveit adja.
M 2.10. Egy anyagi pont az R sugarú gömbfelületen mozog úgy,
hogy asebességvektor és a gömb hosszúsági körei mindig állandó
mértékű αszöget zárnak be. Határozzuk meg az anyagi pont
pályáját.
Megoldás. Egy adott pillanatban a sebességvektort vetítjük a
ponton át-menő szélességi illetve hosszúsági körök érintőire.
Bevezetve a 2.5. ábránlátható jelöléseket, könnyen belátható, hogy
u1 � R dθdt ; u2 � Rcosθ dϕdt � Más-felől viszont a feltétel
alapján u1 � vcos α; u2 � vsinα � A felírt összefüggé-sek alapján
az alábbi egyenletrendszert kapjuk:�
R dθdt � vcos α �Rcosθ dϕdt � vsinα �
A két egyenlet megfelelő oldalait elosztva egymással, a
dθcos θ
� cotαdϕ
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 39
2.5. ábra. Az M 2.10. feladathoz
differenciálegyenlethez jutunk. Ez utóbbi egyenletet az
�dθ
cosθ�
�1
cos2 θ2� 11 � tan2 θ2 dθ � ln
�����
1 � tan θ21 � tan θ2
�����
� C� ln
����tan π4 � θ2 � ���� � C
alapján integrálva
ln
����tan π4 � θ2 � ���� � ϕcotα � C �
Ha feltételezzük, hogy kezdetben θ � 0 és ϕ � 0, akkor a pont
pályája aln
�� tan � π4 � θ2 � �� � � cotα � ϕ, vagy tan � π4 � θ2 � � e �
cotα � ϕ egyenletű görbe.
M 2.11. Egy vonat v � 72 km/h sebességgel közeledik az
állomáshoz. Eköz-ben ∆t � 5 s ideig tartó hangjelet bocsát ki.
Mennyi ideig hallja ahangot az állomás előtt álló vasutas? A hang
sebessége c � 320 m/s.
Megoldás.Amikor a vonat a V pontban van megkezdi a hangjel
kibocsátását (2.6.
ábra).Ezt a jelt az állomás előtt álló vasutas t1 � x0c idő
múlva hallja. Amikor
a vonat a P-be érkezik befejezi a hangjel küldését, amit a
vasutas a hangjel
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
40 2. Kinematika
2.6. ábra. Az M 2.11. feladathoz
kibocsátása után a t2 � ∆t � x1c időpontban érzékel.
Következésképpen avasutas ∆t � � t2 � t1 � ∆t � x1c � x0c � ∆t � sc
� ∆t � 1 � vc � időintervallumbanhallja a hangjelt. A megadott
számértékek alapján ∆t � � 5 � 1 � 723 � 6 � 320 � �4 � 687 s.
M 2.12. Egy fecske valamilyen különleges szembetegség folytán
minden tár-gyat a helyes iránytól jobbra lát 30o -kal. Most a
fecske fészektől100 méterre van és 10 m/s-os állandó nagyságú
sebességgel repül.Odatalál-e a fecske a fészkéhez? Ha igen, akkor
mennyi idő alatt ésmennyi utat tesz meg a fészekig?
2.7. ábra. Az M 2.12. feladathoz
Megoldás. Észrevehető, hogy a fecske helyzetvektor irányába
eső se-bessége állandó (2.7. ábra) vr � vcos 300 � v
�3
2 . A sebességvektor polárko-
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 41
ordinátákban az alábbi alakban írható:
�v � ṙ �er � rθ̇ �eθ �
Következésképpen
ṙ � � v � 32 � r � r0 � � v � 32 t � r � r0 � v � 32 t
�Kezdetben r0 � 100 m és amikor a fecske a fészkéhez ér, akkor r �
0. Teháta t � 2r0
v�
3� 200
10�
3� 11 � 34 s. Mivel a fecske sebessége állandó következik,
hogy a megtett út: s � vt � 10 � 20�3
� 115 � 4 m.A sebesség vetülete a helyzetvektorra merőleges
irányba is állandó vθ �
vsin 300 � v2 . Következésképpen
rθ̇ � v2�
�r0 � v � 32 t � θ̇ � v2 �
θ̇ � v2r0 � v � 3t � dθ � v2r0 � v � 3t dt �
θ � � 1� 3 ln � 2r0 � v � 3t � � 1� 3 ln � 2r0 � � θ � � 1� 3
ln�
1 � v � 32r0 t � �A fecske mozgásegyenletei:�
θ � � 1� 3 ln � 1 � v � 32r0 t � �r � r0 � v � 32 t �
A fecske pályájának egyenlete:
θ � � 1� 3 ln rr0 � r � r0e � θ � 3 �M 2.13. Egy repülő egyenes
vonalú, egyenletes mozgását az xB � ut � x0,
yB � y0 egyenletek írják le. A t � 0 időpontban az O�0 � 0 �
pontból egyhőrakétát indítnak, hogy kilőjjék a repülőt. Tudva
azt, hogy a rakéta
állandó v sebességgel mindig a célpont felé tart, határozzuk meg
arakéta mozgásegyenleteit és a pályaegyenletet.
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
42 2. Kinematika
O�x
�y
yB � y0 ��
x0
célpont
�A
����
xA
yA
�B elfogás
xB
�vA
��u
2.8. ábra. Az M 2.13. feladathoz
Megoldás. A követési feladatoknál általában az�rA helyzetvektorú
A ül-
döző ismeri a B célpont�rB helyzetét és ˙
�rB sebességét egy kezdeti időponttól
az aktuális t időpontig és célja utolérni a célpontot. A
legjobb stratégia az, haaz üldöző minden pillanatban a célpont
irányában repül, azaz ˙
�rA � � �rB � �rA �(2.8. ábra). Az üldöző sebességének
nagyságát is ismertnek tekinthetjük,
legyen ez vA�t � . Az
�R � �rB � �rA relatív helyzetvektor segítségével a
követésifeladat az
˙�R � t � � ˙�rB�t � � vA � t �
�R
�t �
R�t � (2.8)
egyenlettel modellezhető.A repülő és rakéta síkjában bevezetve
az
�R � � X � Y � �
�xB � xA � xB � xA �koordinátákat, a (2.8) egyenlet vetülete a
tengelyekre
Ẋ � ẋB � vA � t � X� X2 � Y 2 �Ẏ � ẏB � vA � t � Y� X2 � Y 2
�
A fenti egyenletekbe behelyettesítve a megadott
ẋB � u � ẏB � 0és vA�t � � v
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 43
mennyiségeket, az
Ẋ � u � vX� X2 � Y 2 � Ẏ � � vY� X2 � Y 2 (2.9)egyenleteket
kapjuk. Célszerű a R � θ polárkoordináták bevezetése, amelye-kre X
� Rcosθ és Y � Rsinθ. Ezekre a változókra az
Ṙcosθ � Rsinθ θ̇ � u � vcosθ � (2.10)Ṙsinθ � Rcosθ θ̇ � �
vsinθ �
Az (2.10) egyenletrendszert megoldva az Ṙ � θ̇ ismeretlenekreṘ
� ucos θ � v� Rθ̇ � � usin θ �
Ezek alapján az üldöző pályaegyenlete meghatározható a
dRdθ
� Ṙθ̇
��ucosθ � v � R� usinθ
hányados integrálásával. Az�
dRR
�� � � cotθ � vusinθ � dθ
összefüggésből� � � cotθ � vusinθ � dθ � � ln � sinθ � � vu ln
� cscθ � cotθ �lnR � � ln � sinθ � � vu ln ���� tan θ2 ���� � C
�
ahonnan, az A � eC jelöléssel
R � A�� tan θ2
��
vu
�sinθ
� � (2.11)
Az A � eC integrálási állandó a t � 0 időpontra felírható
R0 � � x20 � y20 � cos θ0 � x0� x20 � y20 � sinθ0 � y0� x20 �
y20K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
44 2. Kinematika
kezdeti feltételek alapján számolható ki:
A �
��� x0� � x20 � y20 ��� vu�y0� v � u
u, ha y0
�� 0 �Ha y0 � 0, akkor θ � 0 vagy θ � π, és az üldöző pályája a
célponttal együttaz Ox tengelyen van.
Az elfogás akkor következik be, amikor (2.11)-ban R � 0. Ha v �
u, akkorez soha sem következhet be, amint azt el is várhattuk,
mivel ekkor az üldözősebessége kisebb, mint a célpont
sebessége.
2.2. A merev test kinematikája
Az S merev anyagi rendszer olyan diszkrét vagy folytonos (merev
test)pontrendszer, amelyben tetszőleges két pont távolsága
állandó, azaz
��� � �PQ ��� �konst � , bármely P� Q � S esetén. Egy merev test
(általában merev pont-rendszer) helyzete valamely � �i1 � �j1 � �k1
� egységvektor-rendszerrel megadottO1x1y1z1 rendszerhez viszonyítva
hat független paraméter segítségével ad-ható meg, amelyek lehetnek
például:
a rendszer tetszőlegesen választott O pontjának
helyzetvektorának há-rom koordinátája �
x01 � y01 � z01 � ��r01;
és a�ϕ � θ � ψ � Euler-szögek (2.9. ábra), amelyek megadják a
testhezkapcsolt Oxyz derékszögű koordináta-rendszer tengelyeinek
helyzetét
az O1x1y1z1 rendszer tengelyeihez viszonyítva.
Ha�x � y � z � , illetve
�x1 � y1 � z1 � a merev test valamely pontjának koordi-nátái a
testhez kapcsolt Oxyz, illettve a „rögzített” O1x1y1z1
rendszerben,
akkor: �� x1y1
z1
���
�� cosϕ � sinϕ 0sinϕ cosϕ 0
0 0 1
���
�� 1 0 00 cosθ � sinθ0 sinθ cosθ
���
�
�� cosψ � sinψ 0sinψ cosψ 0
0 0 1
���
�� xy
z
�� ��� x10y10
z10
���
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 45
O1�
�� �x1
�y1
� z1
�� ��i1
� �j1
��k1
� ��� �i
� ����j
��� �k
�O
���
r10�
��
�� �x1
�
x2
� � � ���x
� y1
� � � ��� y2
�� y3
�z1
��������� �
z � ��� y
����
�� � �r
����������� � �
�r1
�M
ϕ
ϕθ
θ
ψ
ψ
2.9. ábra. Az Euler-féle szögek
A merev testhez kapcsolt és azzal együtt mozgó Oxyz rendszer
tengelyeit
kijelölő � �i � �j � �k � változó egységvektorok idő szerinti
deriváltjaid�i
dt� ��ω � �i � d �jdt � ��ω � �j � d �kdt � ��ω � �k �
alakban fejezhetők ki (Poisson-képletek), ahol az ��ω
szögsebességvektor atest forgását jellemzi. A szögsebességvektor
Oxyz-ben, illetve O1x1y1z1-benvett
�p � q � r � , illetve
�p1 � q1 � r1 � komponensei kefejezhetők az
Euler-szögeksegítségével:�� � p � ϕ̇sin θsinψ � θ̇cosψ �q �
ϕ̇sinθcos ψ � θ̇sinψ �r � ϕ̇cosθ � ψ̇ �
�� � p1 � ψ̇ sinθsinϕ � θ̇cosϕ �q1 � � ψ̇sin θcosϕ � θ̇sin ϕ �r1
� ψ̇cosθ � ϕ̇ �A merev test (pontrendszer) mozgásegyenletei:
x10 � x10�t � � y10 � y10
�t � � z10 � z10
�t � �ϕ � ϕ � t � � θ � θ
�t � � ψ � ψ
�t � �
t � I � � t0 � tv �
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
46 2. Kinematika
A merev test P � S pontjának sebessége, illetve gyorsulása:�v �
�v0 � ��ω � �r � �a � �a0 � ˙��ω � �r � ��ω � � ��ω � �r � � �a0 �
˙��ω � �r � ω2 �d �
ahol�d az O-n áthaladó, ��ω irányú tengelytől mutat a P pont
felé.
A merev test azon Q pontjainak mértani helye, amely pontok
sebességepárhuzamos ��ω -val egy egyenes, a pillanatnyi
csavartengely. Egyenletei:
�rQ � �rQ0 � λ ��ω , ahol �rQ0 � 1ω2 � ��ω � �v0 � � λ ��� �
illetve, az Oxyz rendszerben:
v0x� qz � ryp � v0y � rx � pzq � v0z � py � qxp � (2.12)
ahol v0x � v0y � v0z az O pont sebességének komponensei a
testtel mozgó rend-szerben.A pillanatnyi forgástengely által a
térben leírt vonalfelület neve herpol-
hodia kúp, a testhez kapcsolt rendszerben leírt vonalfelület
neve polhodiakúp. A pillanatnyi csavarmozgás jellemezhető az
�ω szögsebességvektorból
és a pillanatnyi csavartengely mentén elhelyezkedő pontok�vtr
transzlációs
sebességéből álló vektorkettőssel.Ha a merev test O
pontjának
�v0 transzlációs sebessége, illetve a forgást jel-
lemző ��ω szögsebességvektor bizonyos feltételeknek
engedelmeskedik, ak-kor a merev test sajátos mozgásairól beszélünk.
A fontosabb sajátos moz-gások:
Transzlációs mozgás: ��ω � t � � �0, �v0 � t �
tetszőleges;Rögzített tengely körüli forgás:
�v0
�t � �
�0, ��ω � t � � ω � t � �u, �u adott
egységvektor;
Gömbi mozgás (rögzített pont körüli mozgás)̇:�v0
�t � �
�0, ��ω � t � tet-
szőleges;
Síkmozgás: ��ω � t � � ω � t � �u, �v0 � t � � ��ω � t � � �0,
�u állandó egységvektor.Síkmozgás esetén minden pillanatban létezik
olyan I pont, amelyre
�vI �
�0,
ez a pillanatnyi forgáscentrum (pólus), amelynek mértani helye
az O1x1y1
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 47
rendszerben az
x1 � x10 � dy10dϕ �y1 � y10 � dx10dϕ
egyenletekkel leírható álló pólusgörbe, míg I mértani helye az
Oxy testtelmozgó rendszerben az
x � dx10dϕ
sinϕ � dy10dϕ cosϕ �y � dx10
dϕcosϕ � dy10
dϕsinϕ
egyenletekkel meghatározott mozgó pólusgörbe. Az egyenletekben
használtϕ paraméter az O1x1, illetve Ox tengelyek szögének mértéke,
x10 � y10 pedigaz O pont koordinátái az O1x1y1 rendszerben (2.10.
ábra).
O1�x1
�y1
� � �� � �
� � �� � �
� � �� � ��� x
�O
��
��
��
��
��
��
� � y
�Iy1
x1
x
y
ϕ
2.10. ábra. A síkmozgás koordináta-rendszerei
Megoldott gyakorlatok és feladatok
M 2.14. Ismerve a csavarmozgás�vtr � �ω vektorkettősét,
határozzuk meg
azon pontok mértani helyét, amelyek sebességének hossza a vtr
tran-szlációs sebesség n-szerese.
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
48 2. Kinematika
Megoldás. A merev test elemi mozgását pillanatnyi
csavarmozgáskéntfogva fel, tetszőleges pontjának
�v sebessége felbontható a pillanatnyi csa-
vartengely irányába eső�vtr transzlációs és az erre
merőleges
�vrot �
�ω �
�R
forgási sebességkomponensekre, ahol�R a forgástengelytől a
pontig mutató
vektor (2.11. ábra): �v � �vtr � �ω � �R �
Ezek szerint a sebesség nagysága, figyelembe véve a�vtr � �vrot
és �ω �
�R
C
� �ω
�
��vtr
�vtr
���vrot
�
� � �� �
� �� �
����v
� � � � ����d
2.11. ábra. M 2.14. feladat: pillanatnyi csavarmozgás
összefüggéseket
v � � v2tr � ω2R2 �A feladat feltétele szerint v � nvtr,
azaz
�v2tr� ω2R2 � nvtr, ahonnan
R � vtrω
�n2 � 1
állandó. Így a keresett mértani hely az R � vtrω � n2 � 1 sugarú
körhenger,amelynek forgástengelye az �ω irányú csavartengely.M
2.15. Egy merev test M1
�1 � 0 � 0 � , M2
�0 � 1 � 0 � � M3
�0 � 0 � 1 � pontjainak se-bessége egy adott pillanatban �v1
�
�1 � 2 � � 1 � , �v2 � � 2 � 0 � 1 � , �v3 � � 1 � 1 � � 2 �
,
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 49
a komponensek a testhez kapcsolt Oxyz koordináta-rendszerben
adot-tak. Írjuk fel a pillanatnyi csavartengely egyenletét,
valamint határoz-zuk meg a transzlációs sebesség és szögsebesség
nagyságát!
Megoldás. A pillanatnyi csavartengely egyenletei az Oxyz
rendszerben a(2.12) képlet szerint
v0x� qz � ryp � v0y � rx � pzq � v0z � py � qxp �
amelyhez szükségesek az O pont sebességének vox, voy, voz,
valamint a szög-sebesség p � q � r komponensei. Ezek a
sebesség-komponenseket adó
vx � v0x � qz � ry � vy � v0y � rx � pz � vz � v0z � py �
qxösszefüggésekből határozhatók meg, alkalmazva azokat rendre a
megadotthárom pontra. A megfelelő rendszerek:�� � 2 � v0x �� 2 �
v0y � r�� 2 � v0z � q �
�� � 3 � v0x � r�� 1 � v0y �� 1 � v0z � p ��� � 4 � v0x � q �� 2
� v0y � p �0 � v0z �
ahonnan�v0 �
�v0x � v0y � v0z � �
�2 � � 1 � 0 � , �ω � � p � q � r � � � 1 � 2 � � 1 � .
Ezekalapján a pillanatnyi csavartengely egyenletei
2 � 2z � y1
� � 1 � x � z2 � 0 � y � 2x� 1 �vagy az Oxy síkkal való
metszéspontnak megfelelő kanonikus alakban
x � 11
� y� 22
� z� 1.Az
�ω � � 1 � 2 � � 1 � szögsebesség nagysága ω � � 6. A
csavartengely mentitranszlációs sebesség
vtr � pr �ω � �v0 � � �ω � �v0ω � 0� 6 � 0.Az utólsó eredmény
azt mutatja, hogy a merev test megfelelő elemi moz-
gása tiszta forgás, mivel a transzláció sebessége nulla.
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
50 2. Kinematika
M 2.16. Igazoljuk, hogy a pályája mentén v sebességgel mozgó
ponthoz
rendelt � �t � �n � �b � kísérőtriéder mozgása csavarmozgás,
amelynek pa-raméterei
vtr � vR� R2 � T 2 � ��ω � v� �
tT� �b
R� �
és a csavartengely áthalad a� �PH � R1 � R2 � T 2
�nhelyzetvektorú H ponton, ahol R illetve T a görbület, illetve a
torzióreciproka.
�P
� �v� � � � � � � � � ��� �
ω
� � � � � � � ����vtr
� H� � � � � � � � � ��� �ω
� � � � � � � ����vtr
� �t
� �n
��� ��
b
�
�
2.12. ábra. M 2.16. feladat: a kísérőtriéder csavarmozgása
Megoldás. A kísérő triéder egységvektoraira vonatkozó
d�t
ds�
�nR �
d�n
ds� � �tR �
�bT �
d�b
ds� � �nT
Frenet-féle összefüggések a ds � vdt változócserével, valamint
ad�t
dt� �ω � �t, d
�n
dt� �ω � �n, d
�b
dt� �ω �
�b,
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 51
Poisson-féle formulák segítségével a
d�t
dt� v
R
�n � ωb �n � ωn �b �
d�n
dt� v
�� �tR �
�bT
� � � ωb �t � ωt �b �d�b
dt� � v �nT � ωn �t � ωt �n
alakra hozhatók, ahonnan
ωt � vt , ωn � 0, ωb �vR �
azaz �ω � ωt
�t � ωn �n � ωb �b � v 1T �t � 1R �b � �
A csavartengely menti transzlációs sebesség a�v � v�t
sebességvektor ve-
tülete az�ω irányú forgástengelyre:
vtr � �v � �ω � ω � v�t � 1T �t � 1R �b � RT� R2 � T 2 � vR� R2
� T 2 �A csavartengely egy H pontjára
� �PH � 1ω2 �ω � �v � vω2 1T �t � 1R �b � � � v�t � � v2ω2 �nR �
�nR1 � R2 � T 2 �M 2.17. Egy falhoz támasztott l hosszúságú létra
elcsúszik a padló és fal
mentén a falra és padlóra merőleges síkban mozogva. Ha
tudjuk,hogy valamely helyzetben a létra talppontjának sebessége v,
határoz-zuk meg:
(a) a pillanatnyi forgáscentrumot;(b) a mozgáshoz tartozó álló
és mozgó pólusgörbéket!
Megoldás. Vizsgáljuk a létra mozgását a függőleges falhoz és
vízszintespadlóhoz kapcsolt Oxy koordináta-rendszerben (2.13.
ábra). A testtel együttmozgó rendszer kezdőpontja legyen A, Ax
tengelye pedig erre merőleges. AzAx tengelynek az O1x1 tengellyel
bezárt szöge legyen ϕ.
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
52 2. Kinematika
O1
�x1
� y1
�A
�x
�B
��
��
��
��
��
��
�� �y
� I
ϕ��
��
��
��
��
��
l
� �vA
��vB
2.13. ábra. M 2.17. feladat: síkmozgás
(a) Mivel a létra végpontjai egyenes vonalú mozgást végeznek a
padlónés a falon, így sebességvektoruk iránya is állandó és az I
pólus az A és Bvégpontokban a tengelyekre emelt merőlegesek
végpontja lesz.
(b) Az A pont koordinátái a rögzített rendszerben kifejezhetők
az
x1A � l sinϕ, y1A � 0összefüggésekkel, ahonnan
dx1Adϕ
� l cosϕ, dy1Adϕ
� 0.
Az álló pólusgörbe egyenletei:�x1 � x1A � dy1Adϕ �y1 � y1A �
dx1Adϕ � �
�x1 � l sinϕ �y1 � l cosϕ �
� x21� x22 � l2 �
vagyis az álló pólusgörbe az O középpontú, l sugarú kör.A mozgó
pólusgörbe egyenletei:�
x � dx1Adϕ sin ϕ � dy1Adϕ cosϕ �y � dx1Adϕ cos ϕ � dy1Adϕ sinϕ �
�
�x � l2 sin2ϕ �y � l2
�1 � cos2ϕ � �
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 53
ahonnan
x2 � y � l2 � 2 � l2 � 2ami azt mutatja, hogy a mozgó pólusgörbe
a létrára mint átmérőre szerkeszt-hető kör.
2.3. Az összetett mozgás kinematikája
Az anyagi pont mozgását az O1x1y1z1 és Oxyz, egymáshoz
viszonyítvaismert módon mozgó rendszerekben vizsgáljuk (2.14.
ábra). Az egyik rend-szerhez – legyen ez O1x1y1z1 – viszonyított
mozgást hagyományosan ab-szolút mozgásnak, míg az Oxyz-hez
viszonyított mozgást relatív mozgásnaknevezzük. A megfelelő
�r1,
�va,
�aa illetve
�r,
�vr
�ar mennyiségeket abszolút,
illetve relatív helyzetvektornak, sebességnek és gyorsulásnak
nevezzük.
O1�
�� �x1
�y1
� z1
�� ��i1
� �j1
��k1
� ��� �i
� ��� �j��� �k �
��
��
��
� ���ω
�O
���
ro� � � ���
x
��������� �
z
��
��
� ���y
����
�� � �r
����������� � �
�r1
�M
2.14. ábra. Az összetett mozgás koordináta-rendszerei
Az abszolút és relatív sebességek és gyorsulások kapcsolata
a
�va � �vv � �vr, (2.13)
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
54 2. Kinematika
ahol�vv � �v0 � �ω � �r – a vezetési sebesség; (2.14)
illetve�aa � �av � �ar � �ac (2.15)
ahol
�av � �a0 � ˙��ω � �r � �ω � � �ω � �r ��ac � 2
�ω � �vr
– a vezetési gyorsulás;– a Coriolis gyorsulás.
(2.16)
A fenti összefüggésekben�v0, illetve
�a0 az O pont abszolút sebessége és
gyorsulása,�ω pedig az Oxyz rendszernek, mint merev tesnek az
O1x1y1z1-
hez viszonyított szögsebessége.
Megoldott gyakorlatok és feladatok
M 2.18. Az O1x1y1z1rendszerhez viszonyítva az Oxyz rendszer az
ω̃ � 2�i ��j � �k szögsebességgel mozog. Számítsuk ki a mozgó
rendszerben me-
gadott�r � et
�i � sin t �j � ln t �k vektor(a) idő szerinti deriváltját a
mozgó és rögzített rendszerekben;
(b) idő szerinti másodrendű deriváltját a mozgó és rögzített
rendsze-rekben.
Megoldás. Az Oxyz rendszerből szemlélve az�i ��j ��k
egységvektorok iránya
is állandó, így az�r relatív deriváltja, azaz az Oxyz-ben
számolt deriváltja:
∂�r
∂t� d
�r
dt
���� � �i � �j � �k � állandó � et �i � cos t �j � 1t �k �
Az O1x1y1z1rendszerhez viszonyítva az�i �
�j ��k egységvektorok iránya válto-
zik. Ezek változását a Poisson-féle összefüggések írják le,
amelyek alapjánaz O1x1y1z1-hez viszonyított abszolút derivált és az
Oxyz-beli relatív deriváltkapcsolata
d�r
dt� ∂
�r
∂t� �ω � �r �
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 55
A megadott konkrét esetben:
d�r
dt� ∂
�r
∂t� �ω � �r
� et�i � cos t �j � 1t �k �
������
�i
�j
�k
2 � 1 1et sin t � ln t������
� � et � ln t � sin t � �i � � et � 2ln t � cos t � �j � et � 1t
� 2sin t � �k �A másodrendű relatív derivált:
∂2�r
∂2t� d
2 �rd2t
���� � �i � �j � �k � állandó � ddt et �i � cos t �j � 1t �k
�
� et�i � sin t �j � 1t2 �k �
A másodrendű abszolút derivált:
d2�r
d2t� d
dt d �rdt � � ∂∂t d �rdt � � �ω � d �rdta mi esetünkben:
d2�r
d2t� et � 1t � cos t � �i � et � 2t � sin t � �j � et � 1t2 �
2cos t � �k� ����
��
�i
�j
�k
2 � 1 1et � ln t � sin t et � 2ln t � cos t et � 1t � 2sin
t������
� � et � 2t � 2cos t � 2sin t � 2ln t � �i � 4t � 6sin t � ln t
� �j� 4et � 1t2 � 4cos t � 5ln t � sin t � �k �M 2.19. Igazoljuk,
hogy az Oz tengelye körül ω állandó szögsebességgel
forgó rendszerben mozgó anyagi pont abszolút sebességére
érvényesa következő összefüggés:
v2a � ẋ2 � ẏ2 � ż2 � ω2 � x2 � y2 � � 2ω � ẋy � ẏx � �K O R
R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
56 2. Kinematika
ahol�r � � x � y � z � a forgó rendszerben felvett
helyzetvektor.
Megoldás. Az összetett mozgás esetén érvényes (2.13, 2.14)
összefüggé-seket használjuk az
�ω � � 0 � 0 � ω � szögsebességvektorral és az O pont
�vo �
�0
sebességével. Ha a pont relatív helyzetvektora és sebessége�r �
� x � y � x � ,�vr �
�ẋ � ẏ � ż � , akkor�
va � �vo � �ω � �r � �vr � � ẋ � ωy � ẏ � ωx � ż � �Innen
azonnali a
v2a � ẋ2 � ẏ2 � ż2 � ω2 � x2 � y2 � � 2ω � ẋy � ẏx
�összefüggés.
M 2.20. Az R sugarú korong állandó ω szögsebességgel forog az O
közép-pontja körül. Az M anyagi pont a korong egyik átmérője
mentén mo-zog, az O középpontból kiindulva, az s � Rsin � ωt �
törvény szerint,ahol s a kiindulási ponttól mért távolság.
Határozzuk meg az M pontabszolút pályáját, sebességét és
gyorsulását.
Megoldás. A koronggal együtt forgó rendszer Ox tengelye essen
egybe a
�0
� z1 � z
�y1
��
��
�� �x1
� � � � � ���x
�M
����� � � y
ϕ
2.15. ábra. Az M 2.20. feladathoz
mozgó M pont irányával, és ezen legyen x � s. Az Oz tengely
egybeesik a
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 57
rögzített rendszer Oz1 tengelyével és Oxyz jobbrendszer. Az
Ox1y1 és Oxykoordináta síkok egybeesnek a korong síkjával (2.15.
ábra). Legyen ϕ �m ���Ox � Ox1 � a korong elfordulási szöge, ϕ �
ωt.
Az x1 � xcos ϕ � scos ϕ és y1 � xsin ϕ � ssin ϕ összefüggések
alapján�x1 � Rsin
�ωt � cos � ωt � �
y1 � Rsin2�ωt � �
�
�x1 � R2 sin 2ϕ �y1 � R2
�1 � cos2ϕ � �
ahonnan
x21� y21 � R2 � 2 � R2 � 2 �
vagyis az abszolút pálya a C � 0 � R2 � középpontú R2 sugarú kör
az Ox1y1 sík-ban.Az abszolút sebesség a
�va � �vv � �vr � �vo � �ω � �r � �vr összefüggés szerint,
a�vo �
�0,
�r � � Rsin � ωt � � 0 � 0 � ,
�ω � � 0 � 0 � ω � és
�vr � ẋ
�i � ωRcos � ωt �
�i alapján
�va � ωR
�cos
�ωt �
�i � sin � ωt � �j � �
ahonnan
va ��� �va � � ωR �A Coriolis tétel szerint
�aa � �av � �ar � �ac, ahol
�av � �ao � ˙�ω � �r � �ω � � �ω � �r � � � ω2Rsin � ωt � �i
��ar � � ω2Rsin � ωt � �i ��ac � 2 �ω � �vr � 2ω2Rcos � ωt � �j
�
Így�aa � � 2ω2R � sin � ωt � �i � cos � ωt � �j �
és
aa ��� �aa � � 2ω2R �
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
58 2. Kinematika
2.4. Kitűzött gyakorlatok és feladatok
2.4.1. Az anyagi pont kinematikája
K 2.1. Ha egy P anyagi pont egyenes vonalú mozgását az x � 12 �
t 2 � 2t �egyenlet írja le (x a megtett út hossza méterben, t pedig
az indulástóleltelt idő másodpercben), határozzuk meg a pont
sebességét és gyor-sulását az indulás utáni harmadik
másodpercben.
K 2.2. Egy anyagi pont egyenes vonalú mozgást végez. Tudva azt,
hogy agyorsulás arányos a sebességgel, határozzuk meg a pont
sebességét ésmozgásegyenletét, ha kezdetben t � 0, x0 � 0 és v0 �
0.
K 2.3. Egy anyagi pont egyenes vonalú mozgást végez. Tudva azt,
hogya gyorsulás arányos a sebesség négyzetével, határozzuk meg a
pontsebességét és mozgásegyenletét, ha kezdetben t � 0, x0 � 0 és
v0 � 0.
K 2.4. Egy anyagi pont egyenes vonalú mozgást végez. Tudva azt,
hogy agyorsulás fordítottan arányos a sebességgel, határozzuk meg a
pontsebességét és mozgásegyenletét, ha kezdetben t � 0, x0 � 0 és
v0 � 0.
K 2.5. Egy repülőgép gyorsulása 2 � 5m/s2. Milyen hosszú
kifutópálya szü-
kséges ahhoz, hogy egyenletesen felgyorsuljon a felszáláshoz
szüksé-ges 200 km/h sebességre?
K 2.6. Egy ember az AB lejtőn C kocsit húz fel kötél
segítségével. A kötélát van vetve a lejtő tetejére felerősített
kis B csigán, egyik vége a koc-sihoz van erősítve, másik végét az
ember fogja. Jelöljük az ember-nek a lejtő B alatti D
talppontjától való távolságát x-szel, a BD szint-különbséget pedig
h-val. Ha az ember a vízszintes síkban egyenletesu sebességgel
halad, mekkora a kocsi v sebessége mint x függvénye?
K 2.7. A körmozgást egyenesvonalú mozgássá alakító csuklós
szerkezet arögzített O körül forgó OA és a hozzá csatlakozó AB
hajtókarokbóláll. A második rúd B végpontja egy, az O-n áthaladó
egyenesenmozog. A két kar hossza: OA � R � l � AB. Határozzuk meg
aB pont sebességét az ω szögsebességgel egyenletesen forgó OA rúdϕ
� m ���AOB � elfordulási szöge függvényeként!
K 2.8. Egy anyagi pont az xOy síkban mozog, az�1 � 2 �
koordinátájú pontbólindulva. Tudva azt, hogy a sebességvetor
összetevői vx � 4t3 � 4t és
vy � 4t, határozzuk meg a pálya Descartes-féle egyenletét.
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 59
K 2.9. Egy anyagi pont az Oxy koordináta-rendszer síkjában mozog
az Okezdőpontból kiindulva. Tudva azt, hogy az Ox tengellyel θ �
λt öss-zefüggés szerint változó szöget bezáró sebesség nagysága v
állandó,határozzuk meg:(a) a pont mozgástörvényeit;(b) a pont
pályáját;(c) azokat az időpillanatokat, amikor a pont áthalad az
Oy tengelyen;(d) a pont gyorsulásának nagyságát!
K 2.10. Mutassuk meg, hogy az
�r � acos � ωt �
�i � asin � ωt � �j � a � ωállandó �
helyzetvektorú anyagi pont pályája egy kör. Határozzuk meg a
pontsebességét és gyorsulását és igazoljuk, hogy
�v � �a � 0.
K 2.11. Mozgó pont gyorsulásvektorának nagysága állandó,
egyenlő a-val ésez a gyorsulásvektor állandó ω szögsebességgel
forog. Milyen görbelesz a sebességhodográf és hogyan helyezkedik el
a térben?
K 2.12. Igazoljuk, hogy a repülőtér felett h magasságban, a
sugarú körpályán,v állandó nagyságú sebességgel mozgó
helikopter
�r helyzetvektora a
t idő függvényében kifejezhető a következő formában:
�r � a � cos vt
a
�i � sin vt
a
�j � � h�k �
Határozzuk meg a helikopter sebességvektorát illetve
gyorsulásvek-torát.
K 2.13. Egy anyagi pont helyzetvektora
�r � a � cos � ωt �
�i � sin � ωt � �j � bt �k �
ahol a, b és ω állandók. Rajzoljuk meg a pont pályáját és
határozzukmeg a pont sebesség- és gyorsulásvektorát.
K 2.14. Egy anyagi pont helyzetvektora
�r � a � cos � ωt � sin � Ωt �
�i � sin � ωt � sin � Ωt � �j � cos � Ωt � �k �
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
60 2. Kinematika
ahol a, ω, Ω valós állandók. Igazoljuk, hogy a pont egy a
sugarúgömb felszínén mozog, és számítsuk ki sebességének nagyságát.
Mu-tassuk meg, hogy a sebesség mértéke a legkisebb a gömb legalsó
il-letve legfelső pontjaiban (a pólusokban) és legnagyobb az
egyenlítőn(a pólusokat összekötő tengelyre merőleges
főkörön).
K 2.15. Egy mozgó anyagi pont helyzetvektora�r � acos � ωt �
�i � bsin � ωt � �j �
ahol a, b és ω valós állandók. Mutassuk meg, hogy:(a) a pont
pályájának egyenlete x
2
a2� y2
b2 � 1;(b) a gyorsulásvektor mindig az origó felé mutat;(c)
� t � τt
�r � d �r � ωabτ
�k. Mit jelent ez az egyenlőség kinematikai
szempontból?K 2.16. Ismerve egy anyagi pont sebességét és
gyorsulását, igazoljuk, hogy a
pálya görbületi sugara kiszámítható az R � v3� ṽ � ã �
képlettel.K 2.17. Egy síkmozgást végző pont sebességének Ox
tengelyre eső vetülete
állandó�vx � c � . Igazoljuk, hogy ebben az esetben a pont
gyorsulásának
nagysága kifejezhető az a � v3cR alakban, ahol v a sebesség
hossza, Rpedig a görbületi sugár!
K 2.18. Az R sugarú körön mozgó pont kezdeti sebessége zérus,
gyorsulásánakérintő menti komponense at � a állandó. Mennyi
időnek kell eltelni amozgás kezdetétől addig, amíg az érintő
menti és normális gyorsuláskomponensek nagysága egyenlő lesz?
K 2.19. Határozzuk meg a sebesség- és gyorsulásvektorok
vetületeit a követ-kező görbevonalú koordináta-rendszerekben:(a)
hengerkoordinátákban;(b) polárkoordinátákban.
K 2.20. Egy részecske pályája egy archimedesi spirális. A
részecske mozgásátaz r � 10t, θ � 2πt egyenletek értelmezik, ahol r
milliméterben, t má-sodpercben és θ radiánban van kifejezve.
Határozzuk meg a részecskesebességét és gyorsulását amikor (a) t �
0 s, (b) t � 0 � 3 s.
K 2.21. Egy anyagi pont polárkoordinátáit az idő függvényében
az r � et ésθ � t összefüggések adják. Határozzuk meg a sebesség-
és gyorsulás-vektor radiális és tranzverzális komponenseit.
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 61
K 2.22. Az M anyagi pont az x � R � θ � sinθ � � y � R � 1 �
cosθ � egyenletűcikloison mozog oly módon, hogy a gyorsulás
normális komponensé-nek végpontja mindvégig az Ox tengelyen van. A
kezdeti időpontbanaz M pont az origóban van.(a) Fejezzük ki θ-t az
idő függvényében és szerkesszük meg geome-triai úton az
érintőleges és normális gyorsulásvektorokat!(b) Legyen Oz az Oxy
síkra merőleges tengely. Az M ponton átmenő,Oz-vel párhuzamos
egyenesen felvesszük a z pozitív szintű P pon-tot. Határozzuk meg
z-t az idő függvényében oly módon, hogy a Ppont 2 � 2R állandó
sebességű egyenletes mozgást végezzen. A kez-deti időpontban a P
pont az Oxy síkban van. A P pont gyorsulásvek-tora az Oxy síkot egy
H pontban metszi. Határozzuk meg a H pontmértani helyét!
K 2.23. Egy M anyagi pont úgy mozog a síkban, hogy sebességének
hosszaa helyzetvektor hosszának
�n � 1 � -edik hatványával arányos, (az ará-nyossági tényező k)
és felületi sebessége állandó. Fejezzük ki a pont
gyorsulásának nagyságát a helyzetvektor hosszának függvényében
éshatározzuk meg a pályáját!
K 2.24. Az M anyagi pont egy olyan körkúpon mozog, amelynek
tengelyeaz Oz egyenes, az origóban elhelyezkedő csúcsánál lévő
szög mér-téke 2α. Határozzuk meg a pont mozgásegyenleteit és a
sebesség-hodográfot tudva azt, hogy a pont v sebessége valamint az
Oxy síkraeső vetületének felületi sebessége C állandó!
K 2.25. Az R sugarú körön mozgó pont gyorsulásának nagysága a
állandó.Határozzuk meg a sebesség-hodográfot és vizsgáljuk meg,
hogy apont bejárja-e az egész kört.
K 2.26. Egy anyagi pont állandó v sebességgel mozog az r � a � 1
� cosθ �egyenletű kardioidon. Igazoljuk, hogy a pont szögsebessége
v2a sec
θ2 ,
és határozzuk meg a gyorsulásvektor radiális és normálisra
vetületét.K 2.27. Egy hajó állandó 12 km/h sebességgel észak felé
halad és pontosan
12:00 órakor halad el egy világítótorony mellett. Egy másik
hajóállandó 16 km/h sebességgel kelet felé halad és pontosan
12:50-korhalad el ugyanazon világítótorony mellett. Melyik
időpontban a leg-kisebb a távolság a két hajó között? Határozzuk
meg ennek a távolsá-gnak a nagyságát.
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
62 2. Kinematika
K 2.28. Egy hajó az A kikötőből indul és állandó 32 km/h
sebességgel nyu-gat felé halad. Egy órára rá az A kikötőtől 160
km távolságra, délrefekvő B repülőtérről egy repülő indul
egyenes vonalú pélyán úgy,hogy utolérje a hajót. Tudva azt, hogy a
repülő sebessége 360 km/h,határozzuk meg a repülési irányt és hajó
helyzetét amikor repülő beéria hajót.
K 2.29. Igazoljuk, hogy egy pont síkmozgásánál a pályasebesség
kifejezhető
a v � R���dψdt
��� alakban, ahol R a pálya görbületi sugara, ψ pedig az a
szög, amelyet a sebességvektor egy olyan mozdulatlan egyenessel
zárbe, amely ugyanabban a síkban fekszik, amelyben a pont
mozog!
K 2.30. Egy anyagi pont az R sugarú körön mozog oly módon, hogy
sebességeés gyorsulása állandó α szöget zár be. Határozzuk meg a
sebességnagyságát az idő függvényében, v
�t � 0 � � v0!
2.4.2. A merev test kinematikája
K 2.31. Igazoljuk, hogy egy merev test valamely egyenese mentén
elhelyez-kedő pontjai sebességének vetületei az illető egyenesre
egyenlők.
K 2.32. A csavartengelytől R távolságra levő pont v nagyságú
sebessége a ten-gellyel α szöget zár be. Határozzuk meg a
transzlációs sebesség és aszögsebesség nagyságát.
K 2.33. Egy merev test M1�0 � 0 � 0 � , M2
�1 � 1 � 0 � � M3
�1 � 1 � 1 � pontjainak sebességeegy adott pillanatban �v1 �
�2 � 1 � � 3 � , �v2 � � 0 � 3 � � 1 � , �v3 � � � 1 � 2 � � 1
�a komponensek a testhez kapcsolt Oxyz koordináta-rendszerben
adot-
tak. Írjuk fel a pillanatnyi csavartengely egyenletét, valamint
határoz-zuk meg a transzlációs sebesség és szögsebesség
nagyságát!
K 2.34. Ismerve egy adott pillanatban egy merev test három
pontjának sebes-ségét, határozzuk meg a pillanatnyi forgástengely
irányát és a forgás-tengely menti transzlációs sebességet.
K 2.35. Egy merev test az Oy és Oz tengelyek körüli ω1 és ω2
szögsebességűforgó mozgást, valamint Oy menti v sebességű
transzlációs mozgástvégez. Határozzuk meg a pillanatnyi
csavarmozgás tengelyét, a csa-vartengely menti transzlációs
sebességet és a szögsebességét!
K 2.36. Egy merev test másodpercenként 50 fordulatot tesz meg az
x � y � zegyenletű egyenes körül. Határozzuk meg a test P
�1 � 1 � 0 � pontjánaksebességét és gyorsulását!
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 63
K 2.37. Egy R sugarú vízszintes tengelyű kerékre csavart fonal
szabad végénegy nehezék csüng. Egy adott pillanatban szabadon
engedve a nehe-zék egyenletesen gyorsulva kezd ereszkedni, forgásba
hozva a kere-ket. Határozzuk meg a kerék kerületén lévő valamely M
pont gyor-sulását a nehezék által t idő alatt megtett h
szintkülönbség függvényé-ben, ha a nehezék gyorsulása c � 0.
K 2.38. Az r sugarú vízszintes tengelyre csavart fonálon csüngő
nehezék kez-deti sebesség nélkül szabadon engedve állandó
gyorsulással mozoglefelé a függőleges mentén. Határozzuk meg a
tengely szöggyor-sulását, ha a nehezék az indulástól mért t idő
alatt h szintkülönbségettesz meg.
K 2.39. Határozzuk meg a rögzített O pont körül mozgó merev test
pillanatnyiforgástengelyét és szögsebességének nagyságát egy t
időpontban, hatudjuk, hogy a testtel mozgó Oxyz rendszerben
megadott M1
�0 � 0 � 2 �pont sebessége �v1
�1 � 2 � 0 � , és az M2
�0 � 1 � 2 � pont sebességének irány-koszinuszai ugyanabban a
koordináta-rendszerben � � 23 � 23 � � 13 � .K 2.40. Egy egyenes
mentén csúszás nélkül guruló, R sugarú korong közép-
pontjának sebessége u. Határozzuk meg: a korong pillanatnyi
forgás-centrumát, az álló és mozgó pólusgörbéket; valamint a
szögsebességetés a szöggyorsulást.
K 2.41. Egy rúd az Ox1y1 síkban mozog oly módon, hogy érinti az
O közép-pontú r sugarú kört és A végpontja az Ox1 tengelyen
csúszik. Hatudjuk, hogy az A pont sebessége v, határozzuk meg a rúd
pillanatnyiszögsebességét, valamint a mozgáshoz tartozó álló és
mozgó pólus-görbéket!
K 2.42. Az Oxy koordináta-renszerhez viszonyított mozgó�Q � sík
és az O1x1y1
rendszerhez viszonyított rögzített�P � sík Ox illetve O1x1
tengelyeinek
hajlásszöge ϕ. Legyen A� � a � 0 � és B � a � 0 � a mozgó sík
két pontja,a � 0. � Q � -nak � P � -hez viszonyított mozgását a
következő feltételek
határozzák meg: a) az A pont a nagyságú állandó sebességgel
egyen-letesen mozog az O1y1 tengelyen; b) az A és B pontok
sebességénekhossza egyenlő; c) a t � 0 kezdeti időpontban ϕ � 0.
Határozzuk mega mozgáshoz tartozó álló és mozgó pólusgörbéket!
K 2.43. A 2R hosszúságú AB rúd A végpontja a C középpontú, R
sugarú körönegyenletesen mozog ω szögsebességgel. A rúd mozgása
során mind-
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
64 2. Kinematika
végig áthalad a kör rögzített O pontján. Határozzuk meg a rúd B
vég-pontjának sebességét, a rúdnak a kör O pontjához tartozó
átmérőjévelbezárt ϕ szögének függvényében, majd határozzuk meg az
álló és mo-zgó pólusgörbéket.
K 2.44. Adottak a C1 és C2 középpontú, azonos a sugarú metsző
körök. AC1C2 hosszúságú AB rúd végpontjaival a körökre támaszkodva
mozogoly módon, hogy mozgása nem egyszerű transzláció. Határozzuk
megaz álló és mozgó pólusgörbéket.
K 2.45. A 2α nyílásszögű, h magasságú egyenes körkúp csúszás
nélkül gurulegy vízszintes síkon, rögzített csúcsa körül Ω
szögsebességgel járvabe a síkot. Határozzuk meg a kúp tengelye
körüli forgásának ω0 szög-sebességét és ω abszolút
szögsebességét.
K 2.46. Egy h magasságú, 2α nyílásszög, O csúcsú egyenes körkúp
csúszásnélkül gurul egy olyan síkon, amely a rá merőleges Oz1
tengely körülω1 állandó szögsebességgel forog. Határozzuk meg a kúp
alapköré-nek a síkkal való érintkezési pontjával átmérősen
ellentett pontjánakcentripetális és érintőleges gyorsulását!
2.4.3. Az összetett mozgás kinematikája
K 2.47. Az O1x1y1z1 inerciarendszerhez viszonyítva az Oxyz
rendszer az ω ��i � �j � 2�k szögsebességgel mozog. Számítsuk ki a
mozgó rendszerbenmegadott �r � sin t �i � cos t �j � e � t �k
vektor(a) idő szerinti deriváltját a mozgó és rögzített
rendszerekben;(b) idő szerinti másodrendű deriváltját a mozgó és
rögzített rendsze-rekben.
K 2.48. Egy Oz cső O pontja körül állandó ω szögsebességgel
forog vízszin-tes síkban. A csőben az A golyó gurul állandó v0
sebsséggel. Milyenpályát ír le a golyó a csövön kívül álló
megfigyelőhöz képest, és mek-kora a golyó sebessége mint az idő
függvénye?
K 2.49. Az OA félegyenes egy vízszíntes síkban állandó ω
szögsebességgelforog O kezdőpontja körül. Egy adott kezdeti
időpntban egy M pontelindul az O pontból a félegyenes mentén.
Határozzuk meg az M pontabszolút pályáját és gyorsulását oly módon,
hogy abszolút sebességé-nek hossza v-vel egyenlő álladó
legyen!
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 65
K 2.50. Egy egyenes cső a vízszintes síkban állandó ω
szögsebességgel fo-rog egy függőleges tengely körül. A cső
belsejében egy golyó azx�t � � a � eωt � e � ωt � törvény szerint
mozog, ahol x a golyó forgásten-
gelytől mért távolsága. Határozzuk meg a golyó abszolút
sebességétés gyorsulását x függvényében!
K 2.51. Az O-ban derékszögű OAB egyenlő szárú háromszög
állandó ω szög-sebességgel forog saját síkjában O csúcsa körül. Egy
M pont egyenle-tesen mozog a c hosszúságú AB oldal mentén a B
pontból indulva, ezta távot pontosan egy fordulat alatt téve meg.
Határozzuk meg az Mpont abszolút sebességét és gyorsulását abban a
pillanatban, amikoraz az A ponttal esik egybe!
K 2.52. Egy M anyagi pont v állandó nagyságú sebességgel mozog
egy kúp al-kotóján, az O csúcspontból kiindulva. A kúp ω állandó
szögsebesség-gel egyenletesen forog tengelye körül. Határozzuk meg
az M pontabszolút gyorsulását!
K 2.53. Egy parabola, síkjára az F fókuszban merőlegesen emelt
tengely körülforog. Határozzuk meg egy M pont relatív mozgását a
parabolánúgy, hogy abszolút sebessége a mozgás ideje alatt végig
párhuzamoslegyen a parabola szimmetriatengelyével!
K 2.54. Az R sugarú gömb O középpontja egybeesik az Oxyz
abszolút vonat-koztatási rendszer origójával. Legyenek E , M0, N a
gömb metszés-pontjai az Ox, Oy és Oz tengelyekkel. A kezdetben
M0-ban tartózkodóM pont egyenletesen mozog az M0N főkörön az N
pont felé, ω állandószögsebességgel. Ugyanazon időben a kezdetben
OM0N helyzetű síkis elfordul ON körül, szintén ω szögsebességgel
az OEN sík irányába.(a) Határozzuk meg az M pont abszolút
mozgásegyenleteit, abszolútsebességét és gyorsulását, valamint a
tangenciális és normális sebessé-geket.(b) Határozzuk meg az M pont
pályájának vetületét a három koordináta-síkra.(c ) Ha az abszolút
gyorsulásvektor tartóegyenese az Oxy síkot a Ppontban metszi,
határozzuk meg a P pont mozgását.(d) Igazoljuk, hogy találkozik egy
rögzített egyenessel.
K 2.55. Az M pont egyenletesen mozog v sebességgel egy R sugarú
gömbmeridiánja mentén, míg a gömb függőleges átmérője körül
állandó ω
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
66 2. Kinematika
szögsebességgel forog. Határozzuk meg a pont abszolút
gyorsulásánaknagyságát az egyenlítőtől mért ϕ szögtávolságának
függvényében.
K 2.56. Egy folyóban, amely vizének sebessége v2 állandó
nagyságú a fo-lyó teljes d szélességében, egy csónak halad v1
állandó nagyságú se-bességgel. Számítsuk ki:(a) a csónak abszolút
sebességét, ha relatív sebessége a folyó se-bességével α szöget zár
be;(b) milyen irányban kell haladjon a csónak ahhoz, hogy az
indulásipontban a partra emelt merőleges mentén érjen a túlsó
partra?(c) milyen irányban kell haladjon a csónak ahhoz, hogy az
átkelésiidő a lehető legrövidebb legyen?
K 2.57. Egy csónak 2l szélességű folyót keresztez. A csónak
sebessége azáramló vízhez képest állandó, nagysága u és iránya
merőleges a vízáramlásának irányára. A víz sebessége változó.
Iránya ugyan min-denhol ugyanaz, de nagysága a középtől számított
y távolságban
v � v0 1 � y2l2 � �(a) Határozzuk meg a csónak pályáját olyan
koordináta-rendszerre vo-natkozólag, amelynek kezdőpontja a csónak
kiinduláspontjával egy-magasságban felkvő pont a folyó közepén, x
tengelye párhuzamos afolyó partjával, y tengelye pedig rá
merőleges!(b) Mennyivel viszi le a víz a csónakot, míg az egyik
partról a túlsópartra ér?
K 2.58. Egy anyagi pont egy földi meridián mentén délről észak
felé mozog10 m/s sebességgel a 60 � -os északi szélességen.
Határozzuk meg apont abszolút sebességét és gyorsulását, ha tudjuk,
hogy a Föld forog.Oldjuk meg a feladatot amikor a pont a 60-os
szélességen nyugat-kelet irányban mozog. A Föld sugarát állandónak
tekintjük (R � 6375km).
K 2.59. Egy A anyagi pont állandó v sebességgel mozog
egyenesvonalú pá-lyán olyan S síkban, amely az O ponton átmenő,
S-re merőleges ten-gely körül állandó ω szögsebességgel forog. Mi
lesz a pont pályájánakegyenlete olyan r� θ
polár-koordinátarendszerre vonatkozólag, amely
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.
-
2. Kinematika 67
a térben rögzített, pólusa O, polárisa pedig a térben úgy van
irányítva,hogy abban a pillanatban, amikor a mozgó pont O-hoz
legközelebbvan, θ � 0?
K O R R E K T Ú R A 2006. március 2.