Datei:Centripetal force vs external force vectors.svg

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Originaldatei(SVG-Datei, Basisgröße: 623 × 327 Pixel, Dateigröße: 234 KB)

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Beschreibung

Beschreibung
English: Shows in the upper half the position of a valve of a wheel seen from the reference frame ”Street” -> Cycloid
  • In black the position in x-y plane
  • in red the instantaneous velocity of the valve
  • in green the inst. acceleration

Lower part: The decomposition of the external force (left side of newton 2)

  • Blue tangent component (tangent to the instantaneous circle of curvature) of this force
  • Yellow centripetal component
Datum
Quelle Eigenes Werk
Urheber Svebert
SVG‑Erstellung
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Quelltext
InfoField

Python code

############Script to produce this figure (python)##############
from math import *
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

tarr=np.linspace(-1.0,3*pi,400)
xarr=np.zeros(len(tarr))
yarr=np.zeros(len(tarr))
vxarr=np.zeros(len(tarr))
vyarr=np.zeros(len(tarr))
axarr=np.zeros(len(tarr))
ayarr=np.zeros(len(tarr))
apxarr=np.zeros(len(tarr))
apyarr=np.zeros(len(tarr))
aZpxarr=np.zeros(len(tarr))
aZpyarr=np.zeros(len(tarr))
aFZp=np.zeros(len(tarr))
aF=np.zeros(len(tarr))
i=0
R=2.0
r=R
omega=1.0
for t in tarr:
	xarr[i]=R*omega*t-r*sin(omega*t)
	yarr[i]=R-r*cos(omega*t)
	i+=1

vxarr=np.diff(xarr)
vyarr=np.diff(yarr)

axarr=np.diff(vxarr)
ayarr=np.diff(vyarr)

#Kruemmungsradius
#vsquared
for i in range(len(tarr)-2):
	v2=vxarr[i]*vxarr[i]+vyarr[i]*vyarr[i]
	av=vxarr[i]*axarr[i]+vyarr[i]*ayarr[i]
	apxarr[i]=av*vxarr[i]/v2
	apyarr[i]=av*vyarr[i]/v2
      	aZpxarr[i]=axarr[i]-apxarr[i]
      	aZpyarr[i]=ayarr[i]-apyarr[i]
	aF[i]=sqrt(axarr[i]*axarr[i]+ayarr[i]*ayarr[i])
	aFZp[i]=sqrt(aZpxarr[i]*aZpxarr[i]+aZpyarr[i]*aZpyarr[i])


plt.figure()

plt.subplot(211,aspect='equal',adjustable='box',title='Reference frame "Street": velocity and acceleration')
plt.plot(xarr,yarr,'k')
plt.hold(1)
plt.quiver(xarr[::20],yarr[::20],vxarr[::20],vyarr[::20],color='r',label='velocity')
plt.hold(1)
plt.quiver(xarr[::20],yarr[::20],axarr[::20],ayarr[::20],color='g',label='acceleration')
plt.ylim([0,max(yarr)])
plt.xlim([0,max(xarr)])

#plt.axes().set_aspect('equal')
#pl.show()
#plt.axes().set_aspect('equal')
plt.subplot(212,aspect='equal',adjustable='box',title='Reference frame "Street": Tangent and Centripetal Force')
#plt.figure()
plt.plot(xarr,yarr,'k')
plt.hold(1)
plt.quiver(xarr[::20],yarr[::20],apxarr[::20],apyarr[::20],color='b')
plt.quiver(xarr[::20],yarr[::20],aZpxarr[::20],aZpyarr[::20],color='y')
plt.ylim([0,max(yarr)])
plt.xlim([0,max(xarr)])
plt.savefig('centripetal_force_vs_external_force_vectors.svg')
#plt.axes().set_aspect('equal')

#plt.show()
plt.figure()
plt.title("External Force, tangent and centripetal components")
plt.plot(axarr,ayarr,'g', label='External Force')
plt.hold(1)
plt.plot(aZpxarr,aZpyarr,'y.', label='Centripetal Force')
plt.plot(apxarr,apyarr,'b.',label='Tangent Force')
plt.ylim([min(min(ayarr),min(aZpyarr),min(apyarr)),max(max(ayarr),max(aZpyarr),max(apyarr))*1.6])
plt.legend()
plt.axes().set_aspect('equal')
plt.savefig('centripetal_force_vs_external_force_circles.svg')

plt.figure()
plt.title('External Force and centripetal component vs. time')
plt.hold(1)
plt.plot(tarr,aFZp,'y',label='centripetal component')
plt.plot(tarr,aF,'g',label='External Force')
plt.legend(loc='lower left')
plt.xlim([0,tarr[len(tarr)-3]])
plt.savefig('centripetal_force_vs_external_force_time_series.svg')
#plt.show()

Lizenz

Ich, der Urheber dieses Werkes, veröffentliche es unter der folgenden Lizenz:
Creative Commons CC-Zero Diese Datei wird unter der Creative-Commons-Lizenz „CC0 1.0 Verzicht auf das Copyright“ zur Verfügung gestellt.
Die Person, die das Werk mit diesem Dokument verbunden hat, übergibt dieses weltweit der Gemeinfreiheit, indem sie alle Urheberrechte und damit verbundenen weiteren Rechte – im Rahmen der jeweils geltenden gesetzlichen Bestimmungen – aufgibt. Das Werk kann – selbst für kommerzielle Zwecke – kopiert, modifiziert und weiterverteilt werden, ohne hierfür um Erlaubnis bitten zu müssen.

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Motiv

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89cab5cf6294ebfe3c054a891b4db80fdc84bd16

239.206 Byte

327 Pixel

623 Pixel

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aktuell17:58, 28. Feb. 2013Vorschaubild der Version vom 17:58, 28. Feb. 2013623 × 327 (234 KB)wikimediacommons>SvebertCropped German translation

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