Για να μεταφέρουμε έναν υποψήφιο δορυφόρο από την επιφάνεια της Γης σε ύψος h από αυτήν, απαιτείται να δαπανήσουμε ελάχιστο έργο w₁. Για να θέσουμε το δορυφόρο σε τροχιά απαιτείται επιπλέον ελάχιστο έργο w₂. Αν η ακτίνα της Γης είναι R και το ύψος h = R/2, το πηλίκο των έργων είναι

Βρείτε τη σωστή σχέση και δικαιολογείστε την απάντησή σας.

Απάντηση(Pdf)

Όπως βλέπουμε στο παραπάνω στιγμιότυπο, που πάρθηκε από τη ζωντανή μετάδοση της εκτόξευσης του τηλεσκοπίου James Webb, μετά από οριζόντια απόσταση 1000km, ο πύραυλος που το μετέφερε έχασε ύψος, το οποίο ανέκτησε κάπου στα 6000km. Ποια πιστεύετε ότι είναι η εξήγηση του γεγονότος;

α) Κάποια μη υπολογισμένη μείωση της ισχύος του πυραύλου.

β) Αυξημένη καμπυλότητα του εδάφους στην περιοχή πτήσης.

γ) Καλά υπολογισμένη μανούβρα, απαραίτητη για την τοποθέτηση σε τροχιά.

δ) Όταν αποκολλάται ένα τμήμα – στάδιο του πυραύλου, χρειάζεται ένα χρονικό διάστημα για να προωθηθεί σωστά με το επόμενο τμήμα.

Απάντηση(Pdf)

Εξαιτίας της τριβής με τον λιγοστό αέρα, οι εγκαταλελειμμένοι δορυφόροι μετά το τέλος της χρήσιμης «ζωής» τους, χάνουν ενέργεια, εισέρχονται στην ατμόσφαιρα, αναφλέγονται και καίγονται πριν φτάσουν στα κατώτερα στρώματά της.
Μπορούμε να υποθέσουμε ότι ένας τέτοιος δορυφόρος εκτελεί κυκλική τροχιά με ακτίνα που μειώνεται πολύ αργά. Η μάζα του είναι m = 500kg και η δύναμη τριβής που δέχεται από την ατμόσφαιρα έχει αλγεβρική τιμή , όπου c μια σταθερά που εξαρτάται από το σχήμα του σώματος και τιμής c = 0,24m², ρ η πυκνότητα του αέρα και υ το μέτρο της ταχύτητας του δορυφόρου.
i) Σαν αποτέλεσμα της απώλειας ενέργειας εξαιτίας της τριβής, το μέτρο της γραμμικής
ταχύτητας του δορυφόρου
α) αυξάνεται.
β) μειώνεται.
γ) δεν αλλάζει.
Σκεφτείτε και δικαιολογείστε τη σωστή απάντηση.

Συνεχίστε σε Pdf

Η Γη περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο προσεγγιστικά σε κυκλική τροχιά ακτίνας r_Γ = 150∙10⁹m. Ο Άρης περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο προσεγγιστικά σε κυκλική τροχιά ακτίνας r_A = 228∙10⁹m. Θεωρούμε τον Ήλιο ακίνητο.
α) Υπολογίστε την περίοδο περιστροφής της Γης και του Άρη γύρω από τον Ήλιο.
Δίνεται η μάζα του Ήλιου Μ_Η = 1,989∙10³⁰kg και η σταθερά της παγκόσμιας έλξης G = 6,67∙10^-11Nm²/kg².
β) Κάποια στιγμή έστω t₀ = 0, τα κέντρα του Ήλιου, της Γης και του Άρη μπορεί να βρεθούν πάνω στην ίδια ευθεία. Λέμε τότε ότι έχουμε σύνοδο των πλανητών. Ποια χρονική στιγμή θα συμβεί η επόμενη σύνοδος;
γ) Αν φωτογραφίζουμε κάθε βράδυ την ίδια ώρα τον Άρη και τρέξουμε τις φωτογραφίες διαδοχικά, θα δούμε τον Άρη να κινείται ανατολικά στον ουρανό. Υπάρχει περίπτωση ένας παρατηρητής στη Γη να βλέπει για κάποιο χρονικό διάστημα την παραπάνω κίνηση να γίνεται ανάποδα, δηλαδή να δούμε τον Άρη να κινείται προς τα δυτικά; Για να βρείτε την απάντηση δίνεται η παρακάτω εικόνα, με τις μπλε κουκίδες να δείχνουν τη Γη και τις κόκκινες τον Άρη μέσα σε ίσα χρονικά διαστήματα. Ενώστε με ευθείες τα σημεία με τους ίδιους αριθμούς και προεκτείνετε μέχρι την προβολή στα αντίστοιχα αστεράκια. Τι παρατηρείτε για την τροχιά του Άρη;

Συνέχεια(Pdf)

Το τηλεσκόπιο James Webb Space Telescope εκτοξεύτηκε στις 25/12/2021 με σκοπό να τοποθετηθεί στο σημείο Lagrange 2 (L2). Είναι  ένα από τα πέντε σημεία, που βρίσκονται στο βαρυτικό πεδίο Γης – Ήλιου στα οποία αν τοποθετήσουμε ένα σώμα, ισορροπεί ως προς το σύστημα Ήλιος – Γη. Μπορείτε να υπολογίσετε την απόσταση x του L2 από τo κέντρο της Γης; Θεωρείστε αμελητέα τη βαρυτική επίδραση της Σελήνης ή άλλων ουράνιων σωμάτων.

Συνέχεια (Pdf)

α) η Γη  και β) η Σελήνη.

ii) Υπολογίστε την ένταση του πεδίου βαρύτητας στην επιφάνεια της Σελήνης, που δημιουργεί

α) η Γη  και β) η Σελήνη.

iii) Βρείτε τη συνολική ένταση του βαρυτικού πεδίου, στην επιφάνεια της Γης και της Σελήνης. Τι συμπεραίνετε;

iv) Να κάνετε τη γραφική παράσταση της έντασης του πεδίου βαρύτητας, (αλγεβρική τιμή) πάνω στη διάκεντρο Γης-Σελήνης, με αρχή την επιφάνεια της Γης και μέχρι την επιφάνεια της Σελήνης. Σε ποιο σημείο της διακέντρου Γης – Σελήνης η ένταση του βαρυτικού πεδίου είναι μηδέν;

Η επίδραση άλλων ουράνιων σωμάτων ας μη ληφθεί υπόψη.

Συνέχεια(Pdf)

Τρεις όμοιες σημειακές σφαίρες, με μάζες m₁ = m₂ = m₃ = m, συγκρατούνται ακίνητες, ώστε να σχηματίζουν ισόπλευρο τρίγωνο πλευράς α. Αν αφεθούν ελεύθερες να κινηθούν υπό την επίδραση μόνο των αμοιβαίων βαρυτικών δυνάμεων, οι θέσεις τους, λόγω συμμετρίας στην αλληλεπίδραση, θα σχηματίζουν πάντα ισόπλευρο τρίγωνο, όμοιο προς το αρχικό. Ποια θα είναι η ταχύτητα κάθε μάζας, όταν η πλευρά του τριγώνου μειωθεί σε α/2;

Συνέχεια (Pdf)

Μια φορά κι έναν καιρό σε ένα σχολείο, στο μάθημα της Αστρονομίας, ο καθηγητής Φυσικής μίλησε στους μαθητές για τη θεωρία του Νεύτωνα, έδειξε στους μαθητές το διπλανό σχήμα 1, που δείχνει την τροχιά του πλανήτη Ερμή και τους είπε ότι είναι ελλειπτική, με εκκεντρότητα 0,21. Στη συνέχεια άκουσε ερωτήσεις από τα παιδιά:
α) Τι σημαίνει έλλειψη;
β) Τι εννοεί εκκεντρότητα 0,21;
γ) Τι σημαίνει ελλειπτική τροχιά; Γύρω από ποιο σημείο γυρίζει δηλαδή ο Ερμής;
δ) Όταν περνάει από το περιήλιο ή από το αφήλιο έχει μεγαλύτερη ταχύτητα;
ε) Καθώς κινείται από το αφήλιο προς το περιήλιο, το πεδίο βαρύτητας παράγει θετικό ή αρνητικό έργο στον Ερμή;
στ) Μπορούμε να σχεδιάσουμε την ταχύτητα του κέντρου του πλανήτη κατά την περιφορά του γύρω από τον Ήλιο;
ζ) Ένας μαθητής απορημένος ρώτησε: «Μα όλα τα εξήγησε αυτός ο Νεύτωνας;». Και τότε ο καθηγητής τους είπε κάτι που εξήγησε ο Αϊνστάιν.
«O Ερμής κινείται σε ελλειπτική τροχιά, αλλά η έλλειψη αντί να είναι σταθερή, περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο, όπως φαίνεται στη διπλανή εικόνα. Γιατί;»

Συνέχεια(Pdf)

Ο Βασίλης, παρέμεινε σε γεωγραφικό πλάτος 56⁰ Βόρειο, ώστε τοποθετώντας ένα ραδιοτηλεσκόπιο σε διεύθυνση εφαπτόμενη της επιφάνειας της Γης, μόλις που κατάφερε να συλλάβει το τελευταίο (και πιο ισχυρό) ηλεκτρομαγνητικό κύμα που εξέπεμψε το σώμα Σ.
Δίνονται: Η ένταση του πεδίου βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης g₀ = 10N/kg, η ακτίνα της Γης R = 6400km, η Γη θεωρείται ακίνητη σφαίρα, ημ56⁰ = 5/6 και η αντίσταση του αέρα αμελητέα.
α) Τι ονομάζουμε γεωγραφικό πλάτος; Σε ποιο γεωγραφικό πλάτος βρίσκεται ο Ανδρέας κατά την εκτέλεση του πειράματος;
β) Ποιο είναι το μέγιστο ύψος που έφτασε το σώμα Σ από την επιφάνεια της Γης;
γ) Υπολογίστε το μέτρο υ₀ της αρχικής ταχύτητας εκτόξευσης του σώματος.
δ) Πόσο χρόνο χρειάζεται το ραδιοκύμα για να φτάσει στον Βασίλη, αν η ταχύτητα του φωτός είναι c = 3∙10⁸m/s;
ε) Πως αυτό το πείραμα αποδεικνύει την καμπυλότητα της Γης;

Απάντηση(Pdf)

Ο Ουκρανός Σεργκέι Μπούμπκα το 1994 έκανε παγκόσμιο ρεκόρ άλματος επί κοντώ στη Γη, με επίδοση h_Γ = 6,14m. Μάλιστα το κράτησε μέχρι το 2020! Η αρχική ταχύτητα απογείωσης του Σεργκέι ήταν υ₀ , το κέντρο βάρους του αθλητή βρισκόταν σε ύψος h₁ = 1m από το έδαφος και όταν υπερπήδησε τον πήχη το κέντρο μάζας βρισκόταν σε ύψος h₂ = 0,2m από αυτόν, έχοντας σχεδόν μηδενική ταχύτητα. Αν ο αγώνας γινόταν στον Άρη, με τα ίδια δεδομένα, εκτός από την μειωμένη βαρύτητα, υπολογίστε:

α) Την ένταση του πεδίου βαρύτητας στον Άρη.

β) Την επίδοση του αθλητή.

Συνέχεια(Pdf)