Παρασκευή, 18 Αυγούστου 2017

Ένα Β΄ θέμα για…εμπέδωση!

Μια μικρή σφαίρα μάζας m κινείται χωρίς τριβές σε λείο οριζόντιο επίπεδο και συγκρούεται με ράβδο μήκους l και μάζας Μ=3m. Η σφαίρα προσπίπτει κάθετα στη ράβδο, κτυπώντας την στο σημείο Ρ, το οποίο απέχει κατά d=0,1l από το άκρο Α, όπως στο σχήμα, με ταχύτητα υ0. Μετά την κρούση η σφαίρα παραμένει ακίνητη στο σημείο κρούσης.
i) Για την ταχύτητα uΡ του σημείου Ρ, αμέσως μετά την κρούση ισχύει:
α) uΡ0,   β) uΡ = υ0,   γ) uΡ > υ0.
ii) Η παραπάνω κρούση είναι ή όχι ελαστική;
Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας.
Δίνεται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς κάθετο άξονα που περνά από το μέσον της Ιcm=Μl2/12.
ή


Δευτέρα, 14 Αυγούστου 2017

Μια κρούση σφαίρας με ορθογώνια πλάκα

Σε λείο οριζόντιο επίπεδο έχουμε καρφώσει μια ορθογώνια πλάκα κέντρου Κ και μάζας Μ=1,2kg. Μια μικρή σφαίρα μάζας m=0,4kg κινείται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο, χωρίς τριβές, με ταχύτητα υ0=5m/s και συγκρούεται ελαστικά στο σημείο Α, με την μια πλευρά του ορθογωνίου. Η ταχύτητα αυτή σχηματίζει γωνία θ, όπου ημθ=0,6 με την κάθετη στην πλευρά, η οποία διέρχεται και από το κέντρο Κ της πλάκας, όπως στο σχήμα (σε κάτοψη). Η κρούση διαρκεί απειροελάχιστα και στη διάρκειά της δεν αναπτύσσονται τριβές μεταξύ σφαίρας και πλάκας (λείες επιφάνειες).
i)  Να βρεθεί η ταχύτητα της σφαίρας μετά την κρούση και η γωνία φ που σχηματίζει αυτή με την κάθετη ΑΚ.
ii) Απελευθερώνουμε την πλάκα και επαναλαμβάνουμε το ίδιο ακριβώς πείραμα, αλλά τώρα η πλάκα μπορεί να κινηθεί μετά την κρούση.
α) Ποια η τελική ταχύτητα της σφαίρας και ποια η νέα γωνία φ1 που σχηματίζει με την ΑΚ;
β) Ποια η ταχύτητα της πλάκας μετά την κρούση;
iii) Σε μια επανάληψη του πειράματος η σφαίρα συγκρούεται με την πλάκα στο σημείο Β του σχήματος. Θα αλλάξει κάτι όσον αφορά τις κινήσεις των δύο σωμάτων μετά την κρούση;
ή


Κυριακή, 13 Αυγούστου 2017

Παίζοντας με ένα σώμα και ένα ελατήριο


Από ελατήριο σταθεράς k και φυσικού μήκους lo , κρεμάμε σώμα μάζας Μ και το αφήνουμε να ταλαντωθεί από τη θέση φυσικού μήκους(Φ.Μ.).

Κατόπιν κόβουμε το ελατήριο στη μέση και κρεμάμε το σώμα μάζας Μ  και το θέτουμε σε ταλάντωση από τη θέση φυσικού μήκους (Φ.Μ.’) lo /2 . Αφού αποδείξετε ότι  το σώμα θα κάνει Α.Α.Τ. σε κάθε περίπτωση, να υπολογίσετε:
  1. Το λόγο των περιόδων τους Τ′/Τ
  2. Το λόγο των πλατών τους Α′/Α
  3. Το λόγο των ενεργειών ταλάντωσής τους Ε′/Ε

Παρασκευή, 11 Αυγούστου 2017

Μια σφαίρα πάνω σε σανίδα


Μια λεπτή σανίδα ηρεμεί σε λείο οριζόντιο επίπεδο, ενώ στο μέσον της ηρεμεί μια ομογενής σφαίρα κέντρου Ο. Σε μια στιγμή ασκούμε στη σανίδα μια οριζόντια δύναμη F με αποτέλεσμα να επιταχυνθεί, προς τα δεξιά όπως στο  σχήμα, ενώ η σφαίρα κυλίεται (χωρίς να ολισθαίνει).
i) Η σφαίρα θα κινηθεί προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά;
ii) Η σφαίρα θα εγκαταλείψει τη σανίδα από το άκρο της Κ, από το άκρο Λ ή θα παραμείνει διαρκώς πάνω στη σανίδα;
Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας.
ή



Τετάρτη, 9 Αυγούστου 2017

Ένα σύστημα, η ορμή και η ενέργεια


Μια λεπτή σανίδα AB, μήκους 4m και μάζας Μ=1kg, ηρεμεί σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Πάνω στη σανίδα και στο αριστερό άκρο της Α ηρεμεί ένα μικρό σώμα Σ, μάζας m=0,2kg. Κάποια στιγμή t0=0 το Σ δέχεται στιγμιαίο κτύπημα, με αποτέλεσμα να αποκτήσει αρχική ταχύτητα υ0=4m/s και να κινηθεί κατά μήκος της σανίδας.
Αν τη στιγμή t1=1s, το Σ έχει ταχύτητα υ1=2m/s, να βρεθούν τη χρονική αυτή στιγμή:
i) Η ταχύτητα της σανίδας.
ii) Οι ρυθμοί μεταβολής της ορμής, του σώματος Σ, της σανίδας και του συστήματος σώμα Σ-σανίδα.
iii) Η απόσταση του σώματος Σ από το άκρο Β της σανίδας.
iv) Ο ρυθμός μεταβολής της κινητικής ενέργειας του σώματος Σ και της σανίδας, καθώς και ο ρυθμός με τον οποίο η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική εξαιτίας των τριβών.
Επαναλαμβάνουμε το πείραμα, αλλά τώρα η σανίδα αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο εμφανίζει τριβή με συντελεστές τριβής μs=μ=0,02. Ξανά για τη στιγμή t1=1s, να υπολογιστούν:
v) Οι ταχύτητες του Σ και της σανίδας.
vi) Ο ρυθμός μεταβολής της κινητικής ενέργειας του σώματος Σ και της σανίδας, καθώς και ο ρυθμός με τον οποίο η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική εξαιτίας των τριβών.
Δίνεται g=10m/s2.

ή

Σάββατο, 22 Ιουλίου 2017

Μια κρούση και τα έργα της δύναμης του ελατηρίου

Ένα σώμα Σ μάζας m=1kg ηρεμεί σε λείο οριζόντιο επίπεδο, δεμένο στο άκρο οριζόντιου ιδανικού ελατηρίου σταθεράς k=100Ν/m, το άλλο άκρο του οποίου έχει δεθεί σε κατακόρυφο τοίχο, όπως στο πρώτο σχήμα.
Σε μια στιγμή (t=0) ένα δεύτερο σώμα Σ΄ μάζας 0,5kg κινούμενο κατά τη διεύθυνση του άξονα του ελατηρίου, με ταχύτητα υ΄=3m/s συγκρούεται κεντρικά και ελαστικά με το Σ. Η διάρκεια της κρούσης θεωρείται αμελητέα.
i)   Ποια χρονική στιγμή t1 θα μηδενιστεί για πρώτη φορά η ταχύτητα του Σ και σε πόση απόσταση από την αρχική του θέση θα συμβεί αυτό; Να υπολογιστεί το έργο της δύναμης του ελατηρίου στο παραπάνω χρονικό διάστημα.
Επαναλαμβάνουμε την ίδια κρούση, αλλά τώρα το δεξιό άκρο του ελατηρίου δεν έχει δεθεί σε τοίχο, αλλά σε ένα σώμα Σ1 μάζας m, όπως στο 2ο σχήμα. Αν κάποια στιγμή t2 τα σώματα Σ και Σ1 έχουν ίσες ταχύτητες:
ii)  Ποιο το μέτρο της ταχύτητας των Σ και Σ1 τη στιγμή t2; Να υπολογιστεί το έργο της δύναμης του ελατηρίου που ασκείται σε κάθε σώμα, στο χρονικό διάστημα 0-t2, όπως και η δυναμική ενέργεια του ελατηρίου τη στιγμή t2. Ποιος ο ρυθμός μεταβολής της δυναμικής ενέργειας του ελατηρίου τη στιγμή αυτή;
iii)* Ποια χρονική στιγμή θα μηδενιστεί στιγμιαία η ταχύτητα του σώματος Σ; Να γίνει η γραφική παράσταση υ=υ(t) της ταχύτητας του σώματος Σ σε συνάρτηση με το χρόνο, μετά την κρούση.
* To iii) ερώτημα δεν απευθύνεται σε μαθητές.
ή

Πέμπτη, 13 Ιουλίου 2017

Ελαστική κρούση για αρχή.

Δύο σφαίρες Σ1 και Σ2, με μάζες m1 = m και m2 = 3m, κινούνται σε λείο οριζόντιο επίπεδο με ταχύτητες με αλγεβρικές τιμές υ1 = 4υ και υ2 = 2υ αντίστοιχα, όπως φαίνεται στο σχήμα. Οι δύο σφαίρες συγκρούονται κεντρικά και ελαστικά.
Να επιβεβαιώσετε την ορθότητα των παρακάτω προτάσεων.
α. Για τις αλγεβρικές τιμές των ταχυτήτων υ1, και υ2 των Σ1 και Σ2, μετά την κρούση, ισχύει η σχέση υ1 2= 4υ.
β. Για τις κινητικές ενέργειες των σφαιρών πριν και μετά την κρούση ισχύει η σχέση Κ2 - Κ1 = 6,5(Κ1 - Κ2).
γ. Τα μέτρα της ορμής της Σ2 πριν και μετά τη σύγκρουση συνδέονται με τη σχέση p2 = 3p2/2

Πόσες κρούσεις θα συμβούν;

Σε λείο οριζόντιο επίπεδο και στην ίδια ευθεία, ηρεμούν τρεις μικρές σφαίρες Α, Β και Γ της ίδιας ακτίνας με μάζες 2m, m και 4m αντίστοιχα. Σε μια στιγμή δίνουμε ένα στιγμιαίο κτύπημα στην μεσαία σφαίρα Β, με αποτέλεσμα να αποκτήσει ταχύτητα μέτρου υο με κατεύθυνση προς τη σφαίρα Γ, όπως στο σχήμα (η σφαίρα μεταφέρεται χωρίς να περιστρέφεται). Οι κρούσεις που θα ακολουθήσουν είναι κεντρικές και ελαστικές.
i) Ο συνολικός αριθμός κρούσεων που θα ακολουθήσει είναι:
  α) μία,    β) δύο,   γ) τρεις.
ii) Μόλις ολοκληρωθούν οι κρούσεις, η απόσταση μεταξύ των σφαιρών Α και Γ θα αυξάνεται με ρυθμό:
 α) 0,6υο,    β) 0,8υο,   γ) υο.
ή

Τρίτη, 11 Ιουλίου 2017

Το τέντωμα του νήματος

Σε λείο οριζόντιο επίπεδο ηρεμούν δυο σώματα Α και Β με μάζας m1=1kg και m2=3kg αντίστοιχα, τα οποία συνδέονται με ένα αβαρές και μη εκτατό νήμα, το οποίο έχει μήκος μεγαλύτερο από την απόσταση μεταξύ των σωμάτων, με αποτέλεσμα να είναι χαλαρό.
Σε μια στιγμή το σώμα Α δέχεται στιγμιαίο κτύπημα, με αποτέλεσμα να αποκτήσει ταχύτητα υο=4m/s, όπως στο σχήμα.
i)  Να υπολογιστεί η ταχύτητα των δύο σωμάτων μετά το τέντωμα του νήματος.
ii) Η μηχανική ενέργεια του συστήματος διατηρείται κατά τη διάρκεια του  τεντώματος του νήματος;
ή

Σάββατο, 8 Ιουλίου 2017

Η κίνηση σε κυλινδρική επιφάνεια

Ένα μικρό σώμα Σ1 μάζας m1= 0,1kg αφήνεται τη στιγμή t0=0 να κινηθεί στο σημείο Β, στο εσωτερικό μιας λείας κυλινδρικής επιφάνειας, κέντρου Ο και ακτίνας R=4m. Μετά από λίγο, το σώμα φτάνει στο λείο οριζόντιο επίπεδο ΚΜ, με ταχύτητα υ1, όπως στο σχήμα. Το σημείο Β απέχει κατά x1=0,2m από την κατακόρυφο ΟΚ, που περνά από το κέντρο Ο της κυλινδρικής επιφάνειας.
i) Να αποδείξτε ότι η κίνηση του σώματος από τη θέση Β μέχρι να φτάσει  στο οριζόντιο επίπεδο (θέση Κ) μπορεί να θεωρηθεί απλή αρμονική ταλάντωση.
ii) Να υπολογίσετε την τελική ταχύτητα υ1 του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο.
iii) Πόσο απέχει το σώμα από το σημείο Κ τη χρονική στιγμή t1=2s;
iii) Επαναλαμβάνουμε το πείραμα αφήνοντας τώρα ένα δεύτερο σώμα Σ2 μάζας m2=0,2kg, σε σημείο Γ της κυλινδρικής επιφάνειας, το οποίο απέχει κατά x2=0,4m από την κατακόρυφο ΟΚ. Να εξετάσετε την ορθότητα ή μη των προτάσεων:
α) Το σώμα Σ2 θα χρειαστεί περισσότερο χρόνο (από το Σ1) για να φτάσει στο σημείο Κ.
β) Για την τελική ταχύτητα του Σ2 ισχύει υ2=2υ1.
Δίνεται π2≈10 και g=10m/s2.
ή

Τετάρτη, 5 Ιουλίου 2017

Η θέση και η απομάκρυνση σε μια ΑΑΤ.

Ένα σώμα μάζας m=0,1kg κινείται κατά μήκος ενός προσανατολισμένου άξονα x, εκτελώντας ΑΑΤ, ενώ η επιτάχυνσή του σε συνάρτηση με τη θέση του, δίνεται στο διπλανό διάγραμμα.
i) Γύρω από ποια θέση ταλαντώνεται το σώμα και με ποιο πλάτος;
ii) Να βρεθούν οι εξισώσεις:
 α) της απομάκρυνσης από τη θέση ισορροπίας και
 β) της θέσης του σώματος
σε συνάρτηση με το χρόνο και να γίνουν οι γραφικές τους παραστάσεις, αν το σώμα τη στιγμή t0=0 βρίσκεται στη θέση x0=0,4m.
iii) Να παρασταθεί επίσης γραφικά η δυναμική ενέργεια του σώματος, σε συνάρτηση:
α) με την απομάκρυνση από τη θέση ισορροπίας
β) με την θέση του σώματος.
Δίνεται π2≈10.
ή