Συντάκτης: ΑΝΔΡΕΑΣ ΡΙΖΟΠΟΥΛΟΣ

Ο εργάτης του παραπάνω σχήματος, μάζας M=80kg ,βρίσκεται στο μέσο Ο μιας λεπτής άκαμπτης σανίδας μάζας m=40kg και μήκους L=6m ,που στηρίζεται συμμετρικά στα σημεία Κ και Λ , τα οποία
απέχουν μεταξύ τους απόσταση ΚΛ=3m . Θεωρείστε τον εργάτη ως υλικό σημείο. Δίνεται g=10 m/s^2 .
Ο εργάτης αρχίζει να βαδίζει πολύ αργά προς τα δεξιά.
Δ1. Μέχρι ποιο σημείο Δ από το στήριγμα στο Λ μπορεί να πάει χωρίς να κινδυνεύει να ανατραπεί η σανίδα;
Δ2. Να κάνετε τις γραφικές παραστάσεις των δυνάμεων Ν(K) και Ν(Λ) που δέχεται η ράβδος από τα στηρίγματα, σε συνάρτηση της θέσης x του εργάτη ,σε βαθμολογημένους άξονες, και στο επιτρεπτό μέρος μη ανατροπής της σανίδας, είτε αυτός κινείται προς τα δεξιά είτε προς τα αριστερά. Θεωρείστε ως άξονα χχ’ τον οριζόντιο που διέρχεται από το μέσο Ο (θέση x=0 ) και θετική φορά προς τα δεξιά.
-Προκειμένου ο εργάτης να μπορεί να πάει έως το άκρο Γ, μεταθέτει το στήριγμα Λ δεξιότερα στο σημείο Λ’.
Δ3. Να υπολογιστεί η ελάχιστη απόσταση d που πρέπει να μετατεθεί το στήριγμα Λ, ώστε ο εργάτης να πάει στο άκρο Γ χωρίς να ανατραπεί η σανίδα
-Ο εργάτης ξεκινά με επιτάχυνση α=1m/s^2 από το Γ προς τα αριστερά.
Δ4. Ποιος πρέπει να είναι ο ελάχιστος συντελεστής τριβής της σανίδας με το στήριγμα στο Λ’, ώστε αυτή να μην ολισθήσει.
-Ο εργάτης σταματά στη θέση Ζ , αριστερά του Κ σε απόσταση ΚΖ=0,5m . Προκειμένου να κάνει επιτόπιο κατακόρυφο άλμα, αρχίζει να ταλαντώνεται λυγίζοντας τα γόνατά του, με συχνότητα 1Hz .
Δ5. Ποιο είναι το μέγιστο πλάτος Α ταλάντωσής του, ώστε να μη χαθεί η επαφή της σανίδας με το στήριγμα στο Λ’. Δίνεται ότι π^2≅10 5×5=25 μον.
Όλο το διαγώνισμα εδώ σε pdf.

Απαντήσεις

Το καζανάκι της τουαλέτας μιας κατοικίας, τροφοδοτείται από μεγάλη ανοιχτή δεξαμενή  στην ταράτσα, στην οποία η στάθμη του νερού βρίσκεται σε σταθερό ύψος Η = 3,2m από το σωληνάκι τροφοδοσίας (Σ), όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Αν g = 10m/s², το νερό θεωρηθεί ιδανικό ρευστό και η ροή στρωτή και μόνιμη:

i) Ποια είναι η ταχύτητα και η αντίστοιχη παροχή του νερού, που μπαίνει στο καζανάκι, από την τρύπα του πλαϊνού τοιχώματος

α) όσο η στάθμη βρίσκεται κάτω από την τρύπα (σχ. 1α);

β) τη στιγμή που η στάθμη βρίσκεται σε ύψος h = 0,4m πάνω από την τρύπα (σχ. 1β);

ii) Το σωληνάκι (Σ) έχει εμβαδό διατομής A = 2cm² και θέλουμε να σταματάει την τροφοδοσία, όταν η στάθμη του νερού φτάσει σε ύψος h πάνω από την τρύπα. Για το σκοπό αυτό υπάρχει ένας μηχανισμός, που αποτελείται από δύο – κολλημένες μεταξύ τους – αβαρείς ράβδους ΚΟ και ΟΛ με OK ┴ OΛ (σχήμα 2). Στο άκρο Κ έχουμε συνδέσει, με άρθρωση, μια πλαστική σφαίρα (πλωτήρας), ενώ στο άκρο Λ επίσης με άρθρωση, έχει συνδεθεί κυλινδρική τάπα εμβαδού . Ο μηχανισμός μπορεί να στρέφεται περί οριζόντιο άξονα, που διέρχεται από το Ο, έτσι ώστε οι ράβδοι και τα κέντρα σφαίρας και τάπας, βρίσκονται διαρκώς στο ίδιο κατακόρυφο επίπεδο. Όταν η στάθμη του νερού φτάσει στο επιθυμητό όριο, η σφαίρα παραμένει βυθισμένη σε ποσοστό 20% του όγκου της στο νερό και η τάπα σφραγίζει την τρύπα διακόπτοντας την παροχή νερού.

Αν (ΟΚ) = 2(OΛ), υπολογίστε το μέτρο

α) της άνωσης που δέχεται η σφαίρα και

β) της δύναμης που δέχεται ο μηχανισμός από την άρθρωση Ο.

iii) Ποια πρέπει να είναι η ακτίνα της σφαίρας;

Απάντηση(Word)

Απάντηση(Pdf)

Σε κατακόρυφο κυλινδρικό σωλήνα (Σ), μεταβλητής διατομής, ρέει προς τα κάτω, νερό πυκνότητας ρ_ν = 1000kg/m³. Στα σημεία Β και Γ του σωλήνα, ανοίγουμε δυο τρύπες, όπως φαίνεται στο σχήμα και συνδέουμε μανόμετρο, το οποίο περιέχει υδράργυρο πυκνότητας ρ_υ = 13600kg/m³. Στην περιοχή του σημείου Β η διάμετρος του σωλήνα είναι δ₁ = √5cm, ενώ στην περιοχή του σημείου Γ, δ₂ = 2cm. Η υψομετρική διαφορά ανάμεσα στα σημεία Β και Γ είναι h₁ = 0,8m. Η ροή είναι στρωτή και μόνιμη και δίνεται g = 10m/s².

α) Κάποιος ισχυρίζεται ότι η διαφορά πίεσης μεταξύ των σημείων Β και Γ δε μπορεί να γίνει μηδέν, αφού θέλουμε να υπάρχει ροή. Εσείς τι λέτε;

β) Αν θέλουμε οι πιέσεις στα σημεία Β και Γ να είναι ίσες, υπολογίστε τα μέτρα των ταχυτήτων του νερού στα σημεία Β και Γ.

γ) Εξηγείστε γιατί το σημείο Δ της επιφάνειας του υδραργύρου μέσα στο μανόμετρο, βρίσκεται ψηλότερα από το σημείο του Ε. Ποια είναι η υψομετρική διαφορά h₂ αυτών των σημείων;

δ) Αφού υπολογίσετε την παροχή του σωλήνα, επαληθεύστε την Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας για ένα σωμάτιο ρευστού καθώς αυτό κινείται μεταξύ των διατομών των σημείων Β και Γ.

Απάντηση(Word)

Απάντηση(Pdf)

Πάνω στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο, βρίσκονται, δύο κυκλικοί αγωγοί Α₁ και Α₂, όπως φαίνεται στην κάτοψη του σχήματος. Κάθετα στη διάκεντρο των αγωγών και στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο, τοποθετείται ο ευθύγραμμος αγωγός Α. Συνδέουμε τον αγωγό Α σε κύκλωμα με πηγή συνεχούς τάσης και μεταβλητή αντίσταση, ώστε να διαρρέεται από ρεύμα, που έχει τη φορά του σχήματος. Κάποια στιγμή αρχίζουμε να κινούμε το δρομέα και η μεταβλητή αντίσταση αυξάνεται χρονικά.

α) Να κάνετε τη γραφική παράσταση  |B| – r που περιγράφει πως μεταβάλλεται το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου του ευθύγραμμου αγωγού Α, πάνω στην ευθεία της διακέντρου των δύο κυκλικών αγωγών, θεωρώντας τον αγωγό Α στη θέση r = 0.

β) Να εξηγήσετε γιατί θα αναπτυχθεί ΗΕΔ επαγωγής στους κυκλικούς αγωγούς.

γ) Να βρείτε τη φορά του επαγωγικού ρεύματος στους κυκλικούς αγωγούς, να την σχεδιάσετε στο σχήμα και να την δικαιολογήσετε.

Απάντηση(Word)

Απάντηση(Pdf)

Η δημιουργία άσκησης στις φθίνουσες ταλαντώσεις είναι κάτι ανάλογο με το να «χορεύεις στο σκοτάδι». Το λάθος ξεφεύγει εύκολα μια και η γνώση της συγκεκριμένης περιοχής απαιτεί «στριφνά» μαθηματικά. Αν όμως «βαδίσουμε» σε σίγουρα μονοπάτια, τότε και δε θα εκτεθούμε και θα εξετάσουμε ταυτόχρονα ουσιαστικές γνώσεις φυσικής.

ΦΘΙΝΟΥΣΑ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ή χορεύοντας στο σκοτάδι

Στο σχήμα φαίνεται τμήμα κατακόρυφης τομής κυλινδρικής επιφάνειας ακτίνας R = 3,2m, σχήματος τεταρτοκυκλίου. Από το ανώτερο σημείο Α, εκτοξεύεται κατακόρυφα προς τα κάτω μικρό σώμα Σ₁ μάζας m₁ = 2kg, με αρχική ταχύτητα μέτρου υ₀ = 2m/s, το οποίο ολισθαίνει συνεχώς στην κυλινδρική επιφάνεια, κατέρχεται, φτάνει στο κατώτερο σημείο Β του τεταρτοκυκλίου και εισέρχεται σε λείο οριζόντιο επίπεδο με ταχύτητα μέτρου υ₁ = 6m/s. Πάνω σε αυτό το οριζόντιο επίπεδο ηρεμεί το σύστημα των σωμάτων Σ₂ – Σ₃ με το οριζόντιο ελατήριο σταθεράς k = 2000N/m, που τα συνδέει, να βρίσκεται στο φυσικό του μήκος. Το Σ₁ συγκρούεται κεντρικά και ελαστικά με το σύστημα των σωμάτων Σ₂ – Σ₃. Αμέσως μετά την κρούση το σώμα Σ₂ αποκτά αλγεβρική τιμή ταχύτητας υ₂΄=(2/3)υ₁. Δίνεται g = 10m/s².

 α) Αν η κάθετη αντίδραση που ασκείται στο σώμα Σ₁, όταν διέρχεται από το σημείο Β, έχει μέτρο Ν = 42,5Ν, ποιο είναι το μέτρο της ταχύτητας ;

β) Δικαιολογείστε ενεργειακά γιατί το τεταρτοκύκλιο δεν είναι λείο και υπολογίστε το ποσοστό της αρχικής μηχανικής ενέργειας του Σ₁, που έγινε θερμική ενέργεια. Θεωρείστε επίπεδο αναφοράς βαρυτικής δυναμικής ενέργειας, το οριζόντιο επίπεδο, που διέρχεται από το Β.

γ) Υπολογίστε τη μεταβολή της ορμής του σώματος Σ₁ κατά την κίνησή του στο τεταρτοκύκλιο.

δ) Ποια είναι η μάζα m₂ του σώματος Σ₂ και πόση είναι η μεταβολή της κινητικής ενέργειας του Σ₁ εξ αιτίας της κρούσης;

ε) Να μελετήσετε ποιοτικά το είδος της κίνησης που θα εκτελέσουν τα σώματα Σ₂ και Σ₃ μετά την κρούση.

στ) Αν m₃ = 16kg, βρείτε τη μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου και τις ταχύτητες των σωμάτων Σ₂ και Σ₃ εκείνη τη στιγμή.

ζ) Υπολογίστε τους ρυθμούς μεταβολής ταχύτητας, ορμής και κινητικής ενέργειας του σώματος Σ₂, τη στιγμή που το ελατήριο έχει τη μέγιστη συμπίεση.

η) Ποιες είναι οι ταχύτητες των σωμάτων Σ₂ και Σ₃ τη στιγμή που το ελατήριο αποκτά για πρώτη φορά μετά την κρούση το φυσικό του μήκος;

Απάντηση (Word)

Απάντηση (Pdf)

Στο σχήμα έχουμε μια διάταξη που περιλαμβάνει ράβδο ΓΔ μάζας M=8kg και μήκους L , που ακουμπάει στο δάπεδο σχηματίζοντας γωνία φ με ημφ=0.8 και συνφ=0.6 ,ενώ το άκρο της Δ συνδέεται με αβαρές μη ελαστικό νήμα μέσω της τροχαλίας αμελητέας μάζας, με σώμα Σ μάζας m=1kg που είναι δεμένο με κατακόρυφο ιδανικό ελατήριο σταθεράς k=100 N/m, που το κάτω άκρο είναι στερεωμένο στο δάπεδο. Το όλο σύστημα ισορροπεί. Δίνεται g=10 m/s^2
Υπολογίστε:
1.i. την στατική τριβή Ts που δέχεται η ράβδος από το δάπεδο
ii. τον ελάχιστο συντελεστή τριβής μ του δαπέδου με τη ράβδο.
iii. την παραμόρφωση Δlo (επιμήκυνση ή συσπείρωση) του ελατηρίου (3+2+2=7 μον.)
Κόβουμε το νήμα που συνδέει τη ράβδο με το σώμα Σ, οπότε αυτό αρχίζει τη χρονική στιγμή to=0 να κάνει απλή αρμονική ταλάντωση.
2. Να γράψετε την εξίσωση απομάκρυνσης x=f(t) του Σ, θεωρώντας ως θετική φορά προς τα πάνω. 6 μον.
3. Υπολογίστε το λόγο της δυναμικής ενέργειας του ελατηρίου προς την κινητική ενέργεια του σώματος Σ, τη στιγμή t=T/6 όπου T η περίοδος της ταλάντωσης. 6 μον.
4. Σε ποια θέση πρέπει να συγκρουστεί πλαστικά το σώμα Σ ,με άλλο σώμα ίσης μάζας, ώστε να ακινητοποιηθεί το σύστημά τους μόνιμα.
Πόση μηχανική ενέργεια θα χαθεί κατά την κρούση; 6 μον.
Θέματα σε wordκαι σε pdf
Απαντήσεις pdf
Αφιερωμένο σε όσους μοχθούν κυνηγώντας το όνειρό τους