Voimat ja vapaakappalediagrammit
Johdatus voiman käsitteeseen, voimien superpositioperiaatteeseen ja vapaakappalediagrammien piirtämiseen. Voima kappaleeseen kohdistuvana vektorisuureena. Voima vuorovaikutusten seurauksena. Voimien tunnistus vuorovaikutusten avulla ja voimien mallinnus. Kontaktivoimat ja etävoimat. Vapaakappalediagrammin piirtämisen periaatteet. Kappaleen kinematiikan ratkaisustrategian yhteenveto.
Newtonin ensimmäinen ja toinen laki
Newtonin ensimmäisen ja toisen lain perustelu virtuaalisilla kokeilla. Tasainen liike sekä dynaaminen ja staattinen tasapaino. Inertiaalinen massa. Huomioitavaa Newtonin toisesta laista. Inertaalikoordinaatistot ja epäinertiaalikoordinaatistot. Newtonin toisen lain virhekäsityksistä.
Painovoima ja paino
Painovoiman perustelu Newtonin gravitaatiolaista. Painava massa. Pallosymmetrisen massajakauman aiheuttama gravitaatiovoima. Painovoima maan pinnalla. Painon käsite pinnan tukivoimana ja punnitseminen hississä. Paino törmäyksissä.
Jousivoimat ja Hooken laki
Johdanto jousivoimiin ja Hooken lakiin yleisille materiaalien muodonmuutoksille. Jousivakio. Jännitysvoimat materiaaleissa. Pintojen tukivoimat käsitteellisesti jousivoimina. Jännitysvoimat kappaleiden yleisissä deformaatioissa.
Malleja kitkavoimille
Mallit staattiselle ja kineettiselle kitkavoimalle sekä vierimiskitkalle. Staattinen ja kineettinen kitkakerroin sekä vierimiskitkakerroin. Kitkavoiman yleinen käyttäytyminen levosta lähdettäessä. Staattisen kitkan rooli vieriville kappaleille. Kitkavoiman ominaisuuksien perustelu mikroskopiasta.
Malleja väliaineen vastusvoimille
Johdanto väliaineen vastustoimille viskoottisessa ja turbulentissa virtauksessa. Viskoottinen (Stokesin) kitka. Yleinen ratkaisu vakiovoimalle ja viskoottiselle kitkavoimalle. Turbulentti kitka ja malli voiman suuruudelle. Putoavan kappaleen rajanopeus (terminaalinopeus). Turbulentin ilmanvastuksen haasteet liikkeen ratkaisussa.
Vuorovaikutukset ja Newtonin kolmas laki
Voimien syntyminen kahden kappaleen välittömästä symmetrisestä vuorovaikutuksesta. Systeemin määrittely. Voima ja vastavoima. Newtonin III lain muodollinen esitys. Vuorovaikutuskaavio ja sen suhde vapaakappalediagrammeihin. Keskustelua Newtonin III lain käsitteellisistä haasteista ja tyypillisistä virhekäsityksistä.
Newtonin kolmannen lain soveltaminen ja sidosehdot
Newtonin III lain soveltaminen käytännössä. Massattoman köyden approksimaatio. Väkipyörät ja sidosehdot sekä monen kappaleen systeemit. Sidosehtojen muodostaminen liikeyhtälöihin. Monen kappaleen systeemien yleiset ratkaisuperiaatteet.
Dynamiikkaa kahdessa ja kolmessa ulottuvuudessa
Yleiskatsaus Newtonin II lain ratkaisemiseen kahdessa ja kolmessa ulottuvuudessa. Dynamiikka kun suunnat ovat riippumattomia. Yleinen ongelma kytkettynä differentiaaliyhtälöryhmänä. Numeerisena esimerkkinä heittoliike ilmanvastuksen kanssa käyttäen python-ohjelmointikieltä. Erilaisia strategioita dynamiikan ratkaisemiseen.
Ympyräliikkeen dynamiikkaa
Newtonin II lain tarkastelua ympyräliikkeessä. Maata lähellä oleva sateliitti ympyräradalla. Tasainen pyöriminen vaakatasossa liikekitkan kanssa. Vesiämpärin pyörittäminen pystytasossa (miksi vesi pysyy ämpärissä?). Tangentiaalinen kiihtyminen. Pystytason pyörimisen yhteys heittoliikkeeseen rajatapauksessa.
Johdatus näennäisvoimiin
Varovainen johdattelu epäinertiaalikoordinaatistoissa havaittaviin näennäisvoimiin kuten keskipakoisvoimaan ja Coriolisvoimaan. Näennäisvoima lineaarisesti kiihtyvässä koordinaatistossa. Keskipakoisvoima kaarretta ajavassa autossa. Keskipakoisvoima punnituksessa päiväntasaajalla. Coriolisvoima pyörivässä karusellissa. Varoituksen sanoja näennäisvoimista puhumiselle.
