ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ και όχι μόνο…

Ένας μηχανικός αυτοκινήτων της Formula 1, θέλοντας να εξετάσει την αντοχή του σπειρώματος μιας βίδας, τη βίδωσε στο άκρο Α μιας μεταλλικής ράβδου AO και την έθεσε σε περιστροφή σε οριζόντιο επίπεδο, γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το άκρο της Ο, με σταθερή γωνιακή ταχύτητα. Για να μετρήσει τη συχνότητα περιστροφής φώτισε τη βίδα με μια ειδική λάμπα που αναβοσβήνει με μεταβλητή συχνότητα (στροβοσκόπιο). Παρατήρησε ότι αν η συχνότητα αναλαμπών είναι 2000 αναλαμπές/s η βίδα φαινόταν σε 8 ίδιες κάθε φορά θέσεις, κατά τη διάρκεια της περιστροφής της και με την παραμικρή αύξηση στη συχνότητα περιστροφής το σπείρωμα έσπαζε και η βίδα πεταγόταν μακριά από τη ράβδο. Η μάζα της βίδας ήταν 40g και το μήκος της ράβδου L = 80cm.
α) Ποια είναι η οριακή περίοδος σε ms και η οριακή συχνότητα περιστροφής σε στροφές /min;
β) Nα βρείτε το μέτρο της οριακής γωνιακής ταχύτητας και της οριακής κεντρομόλου επιτάχυνσης της βίδας και να σχεδιάσετε τα αντίστοιχα διανύσματα.
γ) Ποια είναι τελικά η αντοχή του σπειρώματος;
δ) Τι κίνηση θα έκανε η βίδα αν έσπαγε το σπείρωμα; Πόσο μακριά μπορούσε να φτάσει, αν ο πάγκος εργασίας, απ΄όπου έφυγε, είχε ύψος 1,25m από το έδαφος;
Δίνεται g = 10m/s² και η βίδα θεωρείται υλικό σημείο.

Απάντηση (Pdf)

Ένα σύρμα μάζας m = 0,1kg κάμπτεται ώστε να πάρει το σχήμα Π και τα άκρα του στερεώνονται (όπως οι ομπρέλες στην άμμο) μέσα σε δυο μεταλλικά δοχεία, γεμάτα με ρινίσματα σιδήρου. Τα δοχεία βρίσκονται σε οριζόντιο τραπέζι, ενώ το επίπεδο του σύρματος  είναι κατακόρυφο. Το οριζόντιο τμήμα του σύρματος έχει μήκος L = 1m και  στο χώρο υπάρχει οριζόντιο ομογενές μαγνητικό πεδίο, έντασης Β = 2Τ. Με τη βοήθεια πηγής και κατάλληλου (πατητού) διακόπτη, κατασκευάζουμε το κύκλωμα του σχήματος. Με στιγμιαίο κλείσιμο και άνοιγμα του διακόπτη, που διαρκεί Δt = 0,1s, διαβιβάζουμε ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου στο κύκλωμα, οπότε παρατηρούμε ότι το σύρμα εκτοξεύεται προς τα πάνω φτάνοντας οριακά στην οροφή του εργαστηρίου σε ύψος h = 3,2m (από τη θέση διακοπής του ρεύματος). Υποθέτουμε ότι τα ρινίσματα σιδήρου ασκούν μόνο πλευρική στήριξη στο σύρμα Π, το πάχος του στρώματος των ρινισμάτων είναι αρκετό για να μη χάνεται η επαφή πριν το μηδενισμό του ρεύματος, οι τριβές αμελητέες και η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι g = 10m/s².
α) Εξηγείστε την ανύψωση του σύρματος Π.
β) Υπολογίστε την ταχύτητα με την οποία εγκαταλείπει τα ρινίσματα σιδήρου το σύρμα Π και το χρόνο ανόδου στο μέγιστο ύψος.
γ) Βρείτε την ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου q που πέρασε από μια διατομή του σύρματος.
δ) Ποιο είναι το μέτρο της μέσης δύναμης Laplace που δέχτηκε το σύρμα;

Απάντηση(Word)

Απάντηση(Pdf)

Διαβάστε – αν θέλετε – κάποιες σημειώσεις από τη θεωρία του αντίστοιχου κεφαλαίου. Φυσικά δεν υποκαθιστούν τη μελέτη του Σχολικού Βιβλίου ή της διδασκαλίας του καθηγητή σας…

Έργο – Ενέργεια(Word)

Έργο – Ενέργεια(Pdf)

Συνέχεια (Word)

Συνέχεια (Pdf)

Διαθέτουμε ένα λεπτό, ομογενές και ισοπαχές σύρμα και αφού το κόψουμε σε δυο κομμάτια μήκους L₁ και L₂, με λόγο μηκών L₁/L₂ = 4, φτιάχνουμε με αυτά δυο επίσης  λεπτά στεφάνια Σ₁ και Σ₂, με αριθμό σπειρών Ν₁ και Ν₂ αντίστοιχα.
Συνδέουμε τα στεφάνια σε σειρά με πηγή συνεχούς ρεύματος και με τη βοήθεια ενός ευαίσθητου μαγνητόμετρου, βρίσκουμε ότι στο κέντρο των στεφανιών οι εντάσεις των μαγνητικών πεδίων που δημιουργούνται έχουν σχέση Β₁ = 9Β₂.

Συνέχεια(Word)

Συνέχεια(Pdf)

Ένας αγωγός σχήματος ημικυκλίου ακτίνας R, βρίσκεται με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές ομογενούς  μαγνητικού πεδίου έντασης Β. Ο αγωγός διαρρέεται από σταθερό ρεύμα έντασης i. Να σχεδιάσετε τη δύναμη Laplace που δέχεται ο αγωγός και να υπολογίσετε το μέτρο της.

Απάντηση(Word)

Απάντηση(Pdf)

Διαβάστε επίσης το ΣΧΟΛΙΟ του Διονύση Μάργαρη για μια απλούστερη λύση, που κάνει την άσκηση και για μαθητές…

Ένα ευθύγραμμο τμήμα ΑΓ λεπτού αγωγού, έχει τη διεύθυνση του άξονα x΄x και διαρρέεται από ρεύμα έντασης i κατά τη θετική φορά του άξονα, όπως στο σχήμα 1. Αν δίνεται ότι η ένταση του μαγνητικού πεδίου του τμήματος ΑΓ στο σημείο Ρ που απέχει α από τον αγωγό έχει μέτρο
Συνέχεια(Word)
Συνέχεια(Pdf)