Οκτ 29

Μετά την επιτάχυνση, ακολουθεί κρούση.

Ένα σώμα Α ηρεμεί σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Σε μια στιγμή t0=0, στο σώμα ασκείται μια σταθερή οριζόντια δύναμη μέτρου F=2Ν, μέχρι τη στιγμή t1=3s, όπου και παύει να ασκείται. Μετά από 2s, το σώμα Α συγκρούεται με ακίνητο σώμα Β, μάζας 4kg, το οποίο μετά την κρούση αποκτά ταχύτητα μέτρου υ2=2m/s στην κατεύθυνση της δύναμης F.

i)   Να υπολογιστεί η ορμή του σώματος Α τη στιγμή t1.
ii)  Πόση είναι η μεταβολή της ορμής του σώματος Α από τη στιγμή t1 έως ελάχιστα πριν την κρούση;
iii) Να υπολογιστεί η ορμή του σώματος Α αμέσως μετά την κρούση.
iv) Να εξετάσετε αν οι δυνάμεις που ασκούνται στα σώματα στη διάρκεια της κρούσης είναι ή όχι συντηρητικές, αν το σώμα Α έχει μάζα 2kg.
 
Μετά την επιτάχυνση, ακολουθεί κρούση.
 

Οκτ 27

Μια σύνθεση ταλαντώσεων και οι φάσεις.

Ένα σώμα ηρεμεί σε λείο οριζόντιο επίπεδο, δεμένο στο άκρο ιδανικού ελατηρίου. Το σώμα μπορεί να εκτελέσει εξαναγκασμένη ταλάντωση με την επίδραση αρμονικής δύναμης F1, όπως στο σχήμα. Μετά την λήξη των μεταβατικών φαινομένων και τη σταθεροποίηση του πλάτους, παίρνοντας κάποια στιγμή t0=0, η εξίσωση της απομάκρυνσης είναι x1= 0,1∙ημ(8πt+π/2)  (S.Ι.). Αν αντικαταστήσουμε τη δύναμη Fμε άλλη F2, η αντίστοιχη εξίσωση είναι x1=0,1∙ημ(10πt+π/2) (S.Ι.).  Αν στο σώμα ασκηθούν ταυτόχρονα και οι δύο παραπάνω δυνάμεις, η αντίστοιχη εξίσωση της κίνησης είναι:
x=0,1∙ημ(8πt+π/2) + 0,1∙ημ(10πt+π/2)   (S.Ι.)
i)    Να αποδείξτε ότι η κίνηση του σώματος ΔΕΝ είναι αρμονική, αλλά παρουσιάζει διακροτήματα.
ii)   Να βρεθεί η περίοδος του διακροτήματος.
iii)  Να βρεθεί το πλάτος και η απομάκρυνση του σώματος τις χρονικές στιγμές:
α) t0=0s,    β) t1=0,5s,     γ) t2=1s.
iv)  Τις παραπάνω χρονικές στιγμές να υπολογιστούν οι φάσεις των δύο παραπάνω ταλαντώσεων και η διαφορά φάσης μεταξύ τους. Να σχολιάστε το αποτέλεσμα.
v)  Να υπολογιστεί η απομάκρυνση και η ταχύτητα του σώματος, τη χρονική στιγμή t3=0,25s.
vi) Να βρεθεί το πλάτος και η απομάκρυνση του σώματος τις χρονικές στιγμές t0, t1, t2 αν η εξίσωση κίνησης του σώματος ήταν:
x=0,1∙ημ(8πt) + 0,1∙ημ(10πt)   (S.Ι.)

Οκτ 26

Η κυκλική κίνηση, η οριζόντια βολή και η ορμή.

Ένα σώμα μάζας 0,5kg είναι δεμένο στο άκρο νήματος μήκους 0,5m και διαγράφει κατακόρυφη κυκλική τροχιά κέντρου Ο. Τη στιγμή που βρίσκεται στο ανώτερο σημείο της τροχιά του Α, έχει ταχύτητα υ1=4m/s, όπως στο σχήμα.

i) Να βρεθεί η ορμή και ο ρυθμός μεταβολής της ορμής στη θέση Α.
ii) Να υπολογιστεί επίσης η ορμή του σώματος στο κατώτερο σημείο της τροχιάς Β.
iii) Να υπολογιστούν μεταξύ των θέσεων Α και Β:
 α) Η μεταβολή της ορμής του σώματος.
 β) Η μεταβολή του μέτρου της ορμής.
iv) Τη στιγμή που φτάνει το σώμα στη θέση Β, το νήμα κόβεται. Μετά από χρονικό διάστημα t1=0,6s το σώμα βρίσκεται στο σημείο Γ, χωρίς να έχει φτάσει στο έδαφος.
α) Να υπολογιστεί η ορμή και ο ρυθμός μεταβολής της ορμής στη θέση Γ.
β) Ποια η μεταβολή της ορμής μεταξύ των θέσεων Β και Γ;
 
Η κυκλική κίνηση, η οριζόντια βολή  και η ορμή.
 

 

Οκτ 24

Δύο επιταχυνόμενα αυτοκίνητα.

Σε ένα ευθύγραμμο δρόμο κινούνται αντίθετα δύο αυτοκίνητα με ταχύτητες μέτρων υ01=10m/s και υ02=20m/s. Τη στιγμή που η απόσταση μεταξύ τους είναι d=168m, οι οδηγοί προσδίδουν σταθερές επιταχύνσεις στα δυο οχήματα, τα οποία διασταυρώνονται μετά από λίγο.
 
Το πρώτο αυτοκίνητο αποκτά επιτάχυνση μέτρου α1=4m/sκαι τη στιγμή της συνάντησης έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1=26m/s. Θεωρήστε t=0 τη στιγμή που άρχισε η επιτάχυνση των οχημάτων και x=0 την αρχική θέση του πρώτου αυτοκινήτου και την προς τα δεξιά κατεύθυνση ως θετική και στη συνέχεια απαντήστε στα παρακάτω ερωτήματα:
i)  Ποια χρονική έγινε η διασταύρωση των δύο οχημάτων;
ii) Σε ποια θέση διασταυρώνονται τα αυτοκίνητα;
iii) Να υπολογιστεί η επιτάχυνση του δεύτερου αυτοκινήτου.
iv) Να γίνουν οι γραφικές παραστάσεις σε συνάρτηση με το χρόνο:
α) της μετατόπισης  και    β) της θέσης
κάθε αυτοκινήτου.
ή
Δύο επιταχυνόμενα αυτοκίνητα.
 
Δύο επιταχυνόμενα αυτοκίνητα.
 

Οκτ 23

Ενέργειες σε μια φθίνουσα ταλάντωση.

Ένα σώμα μάζας 0,1kg ηρεμεί στο κάτω άκρο ενός ιδανικού ελατηρίου, σταθεράς k=10Ν/m. Εκτρέπουμε το σώμα κατακόρυφα προς τα κάτω κατά A0=0,2m και το αφήνουμε να ταλαντωθεί τη στιγμή t0=0. Το σώμα εκτελεί φθίνουσα ταλάντωση, εξαιτίας την δράσης δύναμης απόσβεσης της μορφής Fαπ=-0,1υ (μονάδες στο S.Ι.), όπου υ η ταχύτητα του σώματος. Σε μια στιγμή tτο σώμα κινείται προς τα πάνω με ταχύτητα υ1=2m/s, πλησιάζοντας την αρχική θέση ισορροπίας του σώματος και απέχοντας κατά 2cm από αυτήν.
Να υπολογιστούν:
i)   Η αρχική ενέργεια ταλάντωσης καθώς και η ενέργεια τη στιγμή t1.
ii)  Το έργο της δύναμης απόσβεσης από t=0, μέχρι την στιγμή t1.
iii) Η επιτάχυνση του σώματος την παραπάνω στιγμή.
iv) Οι ρυθμοί μεταβολής: 
         α) Της δυναμικής ενέργειας ταλάντωσης,     β)  Της κινητικής ενέργειας
και η ισχύς της δύναμης απόσβεσης τη στιγμή t1.
Δίνεται g=10m/s2.
ή
Ενέργειες σε μια φθίνουσα ταλάντωση.
 
Ενέργειες σε μια φθίνουσα ταλάντωση.
 

Οκτ 21

Με την περιστροφή το νήμα τυλίγεται.

Ένα σώμα μάζας 0,4kg είναι δεμένο στο άκρο νήματος και στρέφεται σε κατακόρυφο επίπεδο, ενώ το νήμα τυλίγεται σε έναν ακλόνητο οριζόντιο κυλινδρικό σωλήνα ακτίνας r=0,6/π m. Σε μια στιγμή το νήμα είναι κατακόρυφο και το σώμα έχει ταχύτητα μέτρου υ1=5m/s, (θέση (1)) ενώ το ελεύθερο μήκος του νήματος είναι ℓ1=2m.
i)  Να βρεθεί η τάση του νήματος στη θέση αυτή.
ii) Μετά από λίγο το νήμα ξαναγίνεται κατακόρυφο, θέση (2). Για τη θέση αυτή να βρεθούν:
α) Το μήκος του νήματος ℓ2.
β) Η κινητική ενέργεια του σώματος.
γ) Το μέτρο της τάσης του νήματος.
iii)  Όταν το σώμα ολοκληρώσει μια «περιστροφή» με το νήμα κατακόρυφο, για το μέτρο της ταχύτητά του υ3 ισχύει:
α) υ3 < υ1,   β) υ3 = υ1,   γ) υ3 > υ1.
Να δικαιολογήστε την απάντησή σας.
Δίνεται η επιτάχυνση της βαρύτητας g=10m/s2.

ή

Με την περιστροφή το νήμα τυλίγεται.
 
Με την περιστροφή το νήμα τυλίγεται.
 

Οκτ 18

Μια φορτισμένη σφαίρα σε κίνηση.

Ή για να συνδέουμε τα …ασύνδετα!
Ένα πρόβλημα, σαν φύλλο εργασίας, για τους μαθητές της Β΄ Προσανατολισμού, όπου
συνδυάζεται η κυκλική κίνηση, με το ηλεκτρικό πεδίο της Γενικής Παιδείας, αλλά
και με πολλές ακόμη προεκτάσεις.
////////////////////////////
Σε ένα σημείο Ο ενός λείου οριζοντίου επιπέδου είναι στερεωμένη μια μικρή σφαίρα Α με φορτίο Q=2μC. Σε σημείο Σ, σε απόσταση (OΣ)= r=3cm συγκρατούμε μια άλλη μικρή σφαίρα Β μάζας m=60g, η οποία φέρει φορτίο q=-0,1μC.
i)  Να υπολογίστε την δύναμη που χρειάζεται να ασκούμε στη σφαίρα Β για να ισορροπεί και να την σχεδιάστε στο παραπάνω σχήμα.
ii) Σε μια στιγμή αφήνουμε ελεύθερη τη σφαίρα Β. Πόση επιτάχυνση θα αποκτήσει αμέσως μετά την απελευθέρωση;
iii) Επαναφέρουμε τη σφαίρα Β στο σημείο Σ και κάποια στιγμή την εκτοξεύουμε οριζόντια με ταχύτητα υ1=0,5m/s σε διεύθυνση κάθετη στην ΟΣ, όπως στο διπλανό σχήμα.
α) Να υπολογίσετε την επιτάχυνση που θα αποκτήσει αμέσως μετά την εκτόξευση και να την σχεδιάστε στο σχήμα.
β) Η επιτάχυνση αυτή, αμέσως μετά την εκτόξευση, θα μεταβάλει το μέτρο ή την
κατεύθυνση της ταχύτητας;
γ) Κάποιος συμμαθητής σας, υποστηρίζει ότι η σφαίρα Β θα εκτελέσει ομαλή κυκλική
κίνηση με κέντρο το Ο και ακτίνα r=3cm. Συμφωνείτε ή διαφωνείτε και γιατί;
iv) Να υπολογίστε το μέτρο της αναγκαίας ταχύτητας εκτόξευσης υ2, ώστε η σφαίρα να κινηθεί κυκλικά γύρω από το Ο.
v) Στην περίπτωση αυτή να υπολογιστεί η ολική ενέργεια της κινούμενης σφαίρας Β.
vi) Καθώς η σφαίρα Β στρέφεται, δέχεται ένα απότομο κτύπημα (σε γλώσσα φυσικής ασκείται πάνω της για ελάχιστο χρονικό διάστημα μια δύναμη ή διαφορετικά συγκρούεται με κάποιο άλλο σώμα), με αποτέλεσμα να αποκτήσει μια ταχύτητα μέτρου υ3, οπότε παύει να κινείται στην κυκλική τροχιά και απομακρύνεται από τη σφαίρα Α. Όταν η Β βρεθεί τελικά έξω από το ηλεκτρικό πεδίο της σφαίρας Α, μετρήσαμε την ταχύτητά της και την βρήκαμε υ4=1m/s. Πόση  ενέργεια πήρε η Β στη διάρκεια του κτυπήματος;
vii) Να υπολογιστεί η ελάχιστη ενέργεια που πρέπει να μεταφερθεί στην Β, για να μπορέσει να απομακρυνθεί από τη σφαίρα Α, η οποία παραμένει πάντα ακλόνητη στο σημείο Ο.
Δίνεται kc=9∙109Ν∙m2/C2, ενώ οι ακτίνες των σφαιρών θεωρούνται αμελητέες.
ή
Μια φορτισμένη σφαίρα σε κίνηση.
Μια φορτισμένη σφαίρα σε κίνηση.

Παλαιότερα άρθρα «