Δυο βέλη και η διάθλαση

Σε ένα λευκό χαρτί σχεδιάζουμε δύο οριζόντια βέλη, όπως στο σχήμα.
i) Παίρνουμε ένα κυλινδρικό ποτήρι, τοποθετούμε το χαρτί πίσω του με το επίπεδό του κατακόρυφο και τα βέλη να παραμένουν οριζόντια. Ο δείκτης διάθλασης του κοινού γυαλιού είναι ηγ = 1,52 ενώ του αέρα θεωρείται ηα= 1.
Παρατηρούμε τα βέλη.
α) Τα βλέπουμε ως έχουν.
β) Τα βλέπουμε να είναι οριζόντια αλλά με αντίθετες φορές.
γ) Τα βλέπουμε να είναι κατακόρυφα.
Βρείτε τη σωστή απάντηση και δικαιολογείστε την.
ii) Γεμίζουμε το ποτήρι νερό.
Θεωρούμε ότι το πάχος του γυαλιού του ποτηριού είναι αμελητέο. Δίνεται ο δείκτης διάθλασης του νερού ην = 1,33.
Παρατηρούμε τα βέλη.
α) Τα βλέπουμε ως έχουν.
β) Τα βλέπουμε να είναι οριζόντια αλλά με αντίθετες φορές.
γ) Τα βλέπουμε να είναι κατακόρυφα.
Βρείτε τη σωστή απάντηση και δικαιολογείστε την.

Απάντηση 

Απάντηση %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Δυο ροοστάτες και δυο λαμπτήρες

Στο κύκλωμα του σχήματος έχουμε συνδέσει δύο ροοστάτες Ρ1, Ρ2 και δύο όμοιες λάμπες πυρακτώσεως Λ1, Λ2. Η πηγή έχει στους πόλους της τάση V = 12V, ενώ η μέγιστη αντίσταση που μπορεί να παρεμβάλλει στο κύκλωμα κάθε ροοστάτης είναι R = 100Ω. Όταν και οι δυο δρομείς δ1 και δ2 βρίσκονται στο αριστερό άκρο του κάθε ροοστάτη, το ιδανικό αμπερόμετρο Α δείχνει 500mA.

α) Να υπολογίσετε την αντίσταση του κάθε λαμπτήρα, υποθέτοντας ότι υπακούει στο νόμο του Ohm.

β) Αν L το μήκος του αντιστάτη κάθε ροοστάτη, μετακινούμε τους δρομείς δκαι δ2 σε αποστάσεις L/2 και L/4 από το αριστερό άκρο. Ποια θα είναι τώρα η ένδειξη του αμπερομέτρου Α και οι εντάσεις των ρευμάτων που διαρρέουν τους λαμπτήρες;

γ) Η θέση του δρομέα δ1 επηρεάζει τη φωτοβολία του λαμπτήρα Λ2; Δικαιολογείστε την σκέψη σας.

δ) Μπορούμε να παρατηρήσουμε, πραγματοποιώντας το πείραμα, ότι καθώς κινούμε το δρομέα, από κάποια τιμή της ένδειξης του αμπερομέτρου και κάτω, μη μηδενική, οι λάμπες δε φωτοβολούν. Γιατί νομίζετε ότι συμβαίνει αυτό;

Απάντηση 

Απάντηση %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Στρέφοντας έναν καθρέφτη

Μια οριζόντια ακτίνα φωτός ΙΟ προσπίπτει κάθετα σε έναν μικρό επίπεδο καθρέφτη, ο οποίος σχηματίζει γωνία θ1 = 150 ως προς την κατακόρυφο, που διέρχεται από το μέσον Μ. Η ανακλώμενη ακτίνα στη συνέχεια προσπίπτει σε κατακόρυφο πέτασμα ΣΓ που βρίσκεται σε οριζόντια απόσταση d = 1m από το Μ, όπως φαίνεται στο σχήμα.

α) Υπολογίστε τη γωνία πρόσπτωσης, τη γωνία ανάκλασης και σχεδιάστε την ανακλώμενη ακτίνα.

β) Προσδιορίστε το σημείο Δ του πετάσματος, που πέφτει η ανακλώμενη ακτίνα, δηλαδή την απόσταση ΙΔ = s1.

Στρέφουμε τον καθρέφτη δεξιόστροφα κατά επιπλέον γωνία θ2 = 150.

γ) Υπολογίστε τη γωνία πρόσπτωσης, τη γωνία ανάκλασης και σχεδιάστε την ανακλώμενη ακτίνα.

Προσδιορίστε το σημείο Ζ του πετάσματος, που πέφτει τώρα η ανακλώμενη ακτίνα δηλαδή την απόσταση ΙΖ = s2.

δ) Μπορείτε να εξάγετε κάποια σχέση ανάμεσα στη γωνία πρόσπτωσης και τις αποστάσεις s1 και s2; Ποια είναι η γραφική παράσταση αυτής της σχέσης σε βαθμολογημένους άξονες;

Απάντηση 

Απάντηση %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Το κύκλωμα του Έντισον

Το 1884 ο Θωμάς Έντισον (Thomas Edison), χρησιμοποιούσε γεννήτριες συνεχούς τάσης για να τροφοδοτήσει με ηλεκτρικό ρεύμα τις γειτονιές της Νέας Υόρκης. Από μία γεννήτρια το ρεύμα έφτανε στα σπίτια με χάλκινα καλώδια συνολικού μήκους l1 = 800m. Σε αυτό συνδέονταν παράλληλα  N = 5000 λάμπες, που κάθε μία χρειαζόταν V = 110V για να λειτουργεί κανονικά, ενώ κατανάλωνε ισχύ P = 60,5W. Στο σχήμα έχουν συνδεθεί μόνο δύο λάμπες. Η ειδική αντίσταση του χαλκού είναι ρ = 0,018μΩm και το εμβαδόν διατομής των αγωγών ήταν S = 100mm2. Λόγω αυξημένης ζήτησης, ο Έντισον αποφάσισε να επεκτείνει το δίκτυο. Έτσι στην ίδια γεννήτρια συνδέθηκαν καλώδια διπλάσιου μήκους που πήγαινε το ηλεκτρικό ρεύμα σε 2Ν λάμπες.

Πριν και Μετά την επέκταση, υπολογίστε:

α) την αντίσταση Rαγ των αγωγών σύνδεσης και την καταναλισκόμενη ισχύ Ρκ στους λαμπτήρες.

β) τη συνολική αντίσταση Rκ των καταναλωτών λαμπτήρων πριν και μετά την επέκταση.

γ) την ένταση του ρεύματος που πρέπει να διαρρέει το κύκλωμα

δ) την απώλεια ισχύος στους αγωγούς σύνδεσης και την ισχύ που παρέχει η γεννήτρια στην εγκατάσταση.

ε) την απόδοση της διάταξης.

Θεωρείστε ότι οι λαμπτήρες υπακούουν στο νόμο Ohm.

Απάντηση 

Απάντηση %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Ένταση και Δυναμικό μαζί

Ένα σημειακό ηλεκτρικό φορτίο q1 = +q δημιουργεί στο σημείο Ρ του χώρου ηλεκτρικό πεδίο, έντασης   και δυναμικού V1Η απόσταση του Ρ από το φορτίο είναι r (σχήμα 1).
i) Το μέτρο της έντασης και η τιμή του δυναμικού συνδέονται με τη σχέση
α) V1 = E1r      β) V1 = E1r2     γ) V1 = E1/r
Δικαιολογείστε την απάντησή σας.

Κρατώντας ακίνητο το φορτίο q1, ένα δεύτερο ηλεκτρικό φορτίο q2 = +q, τοποθετείται και συγκρατείται ακίνητο, όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Στο σημείο Ρ η ένταση γίνεται  και το δυναμικό V.
ii) Για το μέτρο της έντασης ισχύει
α) Ε > Ε1          β) Ε = Ε1          γ) Ε < Ε1
Δικαιολογείστε την απάντησή σας.

iii) Για το δυναμικό ισχύει
α) V = 0            β) V = √2 V1     γ) V =2V1
Δικαιολογείστε την απάντησή σας.

iv) Κάποιος ισχυρίζεται ότι πάνω στην ευθεία που συνδέει τα δύο φορτία, υπάρχει σημείο Σ, που η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου και το δυναμικό είναι μηδέν. Συμφωνείτε με αυτή την άποψη; Δικαιολογείστε την απάντησή σας.

v) Θα μπορούσαμε να μηδενίσουμε την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια του συστήματος, αν τοποθετούσαμε στο μέσον της απόστασης των δύο φορτίων
α) ένα αρνητικό σημειακό φορτίο q3 =-2q
β) ένα αρνητικό σημειακό φορτίο q3 =-q/4
γ) ένα θετικό σημειακό φορτίο q3 =+2q
Δικαιολογείστε την απάντησή σας.

Απάντηση 

Απάντηση %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Συνδέουμε δύο χάλκινες σφαίρες

Μια σφαίρα Σ1 μάζας m = 6,35είναι ηλεκτρικά ουδέτερη και φτιαγμένη από καθαρό χαλκό .
i) Αν η γραμμομοριακή μάζα του χαλκού είναι Μ = 63,5g/mol, ο αριθμός του Avogradro είναι NA = 6∙1023άτομα/mol και το φορτίο ενός ηλεκτρονίου είναι qe = -1,6∙10-19C, υπολογίστε το συνολικό αρνητικό και θετικό ηλεκτρικό φορτίο, που περιέχει αυτή η σφαίρα.

ii) Με κάποια μέθοδο, αφαιρούμε από τη σφαίρα Σ1 ένα μικρό μέρος του αρνητικού της φορτίου, την τοποθετούμε σε απόσταση r = 0,5m(διάκεντρος) από άλλη όμοια σφαίρα Σ2 Παρατηρούμε ότι δημιουργείται ελκτική δύναμη μεταξύ τους μέτρου F1 = 0,108N. Στη συνέχεια συνδέουμε για λίγο τις σφαίρες μεταξύ τους με ένα λεπτό μεταλλικό σύρμα, το αφαιρούμε και παρατηρούμε να δημιουργείται απωστική δύναμη μεταξύ τους μέτρου F2 = 0,036N.

α) Ποιο το είδος του αρχικού φορτίου κάθε σφαίρας;

β) Ποια ήταν τα αρχικά φορτία των σφαιρών αν |q1| > |q2| ;

γ) Τι παρατηρείτε συγκρίνοντας τα φορτία που βρήκατε στο ερώτημα (i) με αυτά του ερωτήματος (ii);

δ) Ποια τα τελικά φορτία των σφαιρών και πόσο ηλεκτρικό φορτίο διακινήθηκε;

Απάντηση 

Απάντηση %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Προσοχή! Ακτίνες Χ

Στο σχήμα 1 φαίνεται ένα άτομο του υλικού της ανόδου ενός σωλήνα Coolidge, που χρησιμοποιείται για παραγωγή ακτίνων Χ. Φαίνονται επίσης οι τροχιές δύο ηλεκτρονίων e1 και e2 που έφτασαν από την κάθοδο στην άνοδο με την ίδια κινητική ενέργεια και διήλθαν μέσα από αυτό το άτομο.

i) Ποιο από τα παρακάτω χημικά στοιχεία χρησιμοποιήθηκε για το υλικό της ανόδου;

α)  74Ge32                      β) 74As33                        γ) 184W74

ii) Αν γνωρίζουμε ότι τα σημεία τήξης των παραπάνω υλικών είναι

α) θGe = 938,25 0C        β) θAs = 816,9 0C           γ) θW= 3.422 0C

ποιο υλικό θα χρησιμοποιούσαμε για την άνοδο; Γιατί;

iii)        1) Το σχήμα 1 αναφέρεται στον τρόπο που παράγεται το συνεχές ή το γραμμικό φάσμα;

2) Για τα μήκη κύματος λ1 και λ2 των δύο εκπεμπόμενων φωτονίων ισχύει

α) λ1 > λ2                      β) λ1 < λ2                      γ) λ1 = λ2

Συνέχεια 

Συνέχεια %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Το φως από το Proxima Centauri

Το κοντινότερο αστέρι στη Γη είναι το Proxima Centauri στον Αστερισμό του Κενταύρου (Proxima = Πλησιέστερο), απέχοντας από τη Γη d = 4,24 έτη φωτός. Φαίνεται στο νυχτερινό ουρανό σαν ένα μικρό ερυθρό αστέρι, όπως δείχνει η διπλανή φωτογραφία από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble.
Δίνεται η ταχύτητα του φωτός στο κενό c0 = 3∙108m/s.

i) Το έτος φωτός (light year) με ποια από τις παρακάτω τιμές θα μπορούσε να ισούται;
α) 9,46∙1015m    β) 9,46∙1015s     γ) 9,46∙1015m/s
Να αποδείξετε το ορθό της απάντησης.

ii) Αν το αστέρι εκραγεί αυτή τη στιγμή, το φως της έκρηξης θα το δούμε:
α) αμέσως, αφού θα είναι πολύ έντονο και λαμπερό.
β) μετά από 4,24 χρόνια.
γ) ποτέ αφού η απόσταση είναι αχανής και δε θα καταφέρει να φτάσει στη Γη.

iii) Ο δείκτης διάθλασης του γυαλιού του τηλεσκοπίου Hubble για το ερυθρό φως είναι
ηε = 1,51.
Όταν μια ακτίνα ερυθρού φωτός του Proxima Centauri φτάσει στο τηλεσκόπιο:
α) Τι χρώμα θα έχει μέσα στο γυαλί; Τι καθορίζει αυτό το χρώμα;
β) Ποια θα είναι η ταχύτητα αυτής της ακτίνας  μέσα στο γυαλί;
γ) Αν η ακτίνα προσπίπτει πλάγια στην – θεωρούμενη επίπεδη – επιφάνεια του γυαλιού, σχεδιάστε τη διαθλώμενη ακτίνα στο παρακάτω σχήμα, καθώς και τις γωνίες:
πρόσπτωσης θπ , διάθλασης θδ και εκτροπής θε.

Συνέχεια  ή

Συνέχεια %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Ο ενεργειακός ρόλος του μαύρου κουτιού

Στο σχήμα βλέπουμε ένα τμήμα ΑΒ ενός κυκλώματος. Οι αντιστάσεις είναι R1 = 3Ω, R2 = 4Ω και R3 = 5Ω, ενώ το ρεύμα Ι3 = 2Α. Η διαφορά δυναμικού ανάμεσα στα σημεία Α και Β είναι VA – VB = 34V. Μέσα στο μαύρο κουτί, μπορεί να υπάρχει πηγή ή αντιστάτης.

α) Κάποιος ισχυρίζεται ότι οι αντιστάσεις R2 και Rείναι συνδεδεμένες παράλληλα και ο συνδυασμός τους σε σειρά με την R1Συμφωνείτε ή διαφωνείτε με αυτό τον ισχυρισμό; Δικαιολογείστε την απάντησή σας.
β) Υπολογίστε την ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη R1.
γ) Βρείτε την ισχύ που προσφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα στο τμήμα ΑΒ του κυκλώματος.
δ) Το ηλεκτρικό δίπολο που βρίσκεται μέσα στο μαύρο κουτί προσφέρει ή απορροφά ενέργεια στο κύκλωμα; Ποιος είναι ο ρυθμός προσφοράς ή κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας του διπόλου μέσα στο κουτί;
ε) Ποια είναι η διαφορά δυναμικού VΔ – VΒ στα άκρα του μαύρου κουτιού;
στ) Για καθηγητές
Μπορείτε να σχεδιάσετε ένα κλειστό κύκλωμα, που να επαληθεύει τα συμπεράσματά σας;

Απάντηση 

Απάντηση %ce%b1%ce%b1%ce%b1%ce%b11

Kατηγορίες

Πρόσφατα άρθρα

Σαν σήμερα

19/3/1987: Φεύγει από τη ζωή ο Λουί Βιτόρ ντε Μπρολί, γάλλος φυσικός με σημαντικό έργο στη μελέτη των ακτινών Χ και την πυρηνική φυσική.
Τιμήθηκε με βραβείο Νόμπελ το 1929. [γεν. 15/8/1892]
   - Σχετικές αναρτήσεις

Άνοιγμα μενού
Αλλαγή μεγέθους γραμματοσειράς
Αντίθεση
Μετάβαση σε γραμμή εργαλείων