Μια επαφή, που κινδυνεύει να χαθεί ... λόγω κρούσης.

Ένα ελατήριο, σταθεράς k = 100 N/m, είναι στερεωμένο στο κάτω άκρο του με τον άξονά του κατακόρυφο. Στο πάνω άκρο του βρίσκεται στερεωμένος ένας αβαρής οριζόντιος δίσκος και πάνω σ’ αυτόν είναι τοποθετημένο ένα σώμα μάζας m = 1,6 kgr, χωρίς να είναι στερεωμένο με το δίσκο. Το σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας. Από ύψος h = 20 cm, πάνω από το σώμα που στηρίζεται στο δίσκο, αφήνουμε χωρίς αρχική ταχύτητα ένα δεύτερο σώμα μάζας ίσης με το πρώτο, το οποίο συγκρούεται πλαστικά με αυτό και το συσσωμάτωμα που δημιουργείται αρχίζει να κάνει α.α.τ.

α) Να βρείτε την ενέργεια και το πλάτος της ταλάντωσης του συσσωματώματος.

β) Αν το ύψος είναι μεγαλύτερο κάποιου h_o, το συσσωμάτωμα σε κάποια θέση αποσπάται από τον αβαρή δίσκο. Ποια είναι η θέση αυτή;

γ) Υπολογίστε το h_o, ώστε το συσσωμάτωμα να συνεχίσει να εκτελεί την α.α.τ. 

Δίνεται ότι g = 10 m/sec².

Αναλυτική απάντηση:

Δακτύλιος- τρείς ράβδοι - σφαιρίδιο

Ο τροχός του σχήματος αποτελείται από ένα κατακόρυφο δακτύλιο αμελητέου πάχους, από ένα σφαιρίδιο το οποίο είναι προσκολλημένο σε ένα σημείο Σ του δακτυλίου και από τρεις ράβδους με μήκος ℓ ίσο με την ακτίνα του δακτυλίου. Οι ράβδοι είναι συγκολλημένες κι αυτές στο δακτύλιο ώστε να αποτελούν τρείς ακτίνες του, που ανά δύο να σχηματίζουν γωνία ίση με 120^ο . Ο τροχός μπορεί να περιστρέφεται γύρω από ακλόνητο οριζόντιο άξονα που είναι κάθετος πάνω του και διέρχεται από το κέντρο του Κ.

Ο δακτύλιος, καθεμιά ράβδος και το σφαιρίδιο έχουν την ίδια μάζα m. Αρχικά, συγκρατούμε τον τροχό με την ακτίνα ΚΣ σε οριζόντια θέση. Ύστερα τον αφήνουμε ελεύθερο να περιστραφεί γύρω από τον οριζόντιο άξονα.

α) Πόση είναι η αρχική γωνιακή επιτάχυνση του τροχού;

β) Πόση είναι η γωνιακή ταχύτητα του τροχού τη στιγμή που η ακτίνα ΚΣ γίνεται κατακόρυφη;

γ) Πόσος είναι ο αρχικός ρυθμός μεταβολής της στροφορμής σφαιριδίου;

Δίνεται η ροπή αδράνειας κάθε ράβδου ως προς το κέντρο μάζας της:

Απάντηση:

Δυό διαδοχικές ταλαντώσεις ενός σώματος με την ίδια θετική ακραία θέση.

Το σώμα μάζας m εκτελεί α.α.τ. Το πλάτος της ταλάντωσης είναι τέτοιο, ώστε όταν το σώμα φτάνει στην ανώτατη θέση του, το ελατήριο να έχει το φυσικό του μήκος.

Κάποια στιγμή, όταν το σώμα βρίσκεται στην ανώτερη θέση του, ενεργεί πάνω του μια κατακόρυφη σταθερήδύναμη F, τέτοια, ώστε η νέα ταλάντωση που ξεκινά το σώμα, να έχει ως κατώτερη θέση τη θέση ισορροπίας της αρχικής. Να προσδιορίσετε τη φορά και το μέτρο της F, καθώς και τα πλάτη της πρώτης και της δεύτερης ταλάντωσης.

Δίνονται: m = 1 Κgr, k = 100 N/m, g = 10 m/sec².

απάντηση:.

Δίωρο διαγώνισμα στις μηχανικές απλές μηχανικές ταλαντώσεις

A. Ερωτήσεις:

i) Πολλαπλής επιλογής

(Για καθεμιά από τις παρακάτω προτάσεις να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της αρχικής φράσης και, δίπλα, το γράμμα ή τη σχέση που τη συμπληρώνει σωστά.).

1. Η επιτάχυνση ενός σώματος, που κάνει α.α.τ, σε συνάρτηση με την ταχύτητα δίνεται από το διάγραμμα:

Συνέχεια

Διέγερση σε απλή αρμονική ταλάντωση από μεταβλητή δύναμη.

Το σώμα μάζας m = 3 Kgr, αρχικά ισορροπεί πάνω σε λείο οριζόντιο έδαφος στη θέση Ι στερεωμένο στο ελεύθερο άκρο οριζόντιου ελατηρίου σταθεράς k = 100Ν/m. Τη χρονική στιγμή t = 0 αρχίζει να ενεργεί στο σώμα μια οριζόντια δύναμη F, παράλληλη προς τον άξονα του ελατηρίου, που το μετακινεί προς την κατεύθυνσή της και μεταβάλλεται με τη μετατόπιση x από τη θέση ισορροπίας Ι σύμφωνα με τη σχέση:

F = 150 + 100x (S.I).

Η δύναμη ενεργεί για 0,2 sec κι ύστερα καταργείται.

α. Να δείξετε ότι στο χρονικό διάστημα που ενεργεί η δύναμη F το σώμα κάνει ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση.

β. Πόση ταχύτητα έχει το σώμα τη στιγμή που καταργείται η F και πόσο απέχει από τη θέση Ι;

γ. Πόσο είναι το πλάτος της ταλάντωσης που θα εκτελέσει μετά την κατάργηση της F;

( Θεωρείστε θετική τη μετατόπιση του σώματος προς την κατεύθυνση της F ).

Απάντηση:

Δακτύλιος- τρεις ράβδοι - σφαιρίδιο

Ο τροχός του σχήματος αποτελείται από ένα κατακόρυφο δακτύλιο αμελητέου πάχους, από ένα σφαιρίδιο το οποίο είναι προσκολλημένο σε ένα σημείο Σ του δακτυλίου και από τρεις ράβδους με μήκος ℓ ίσο με την ακτίνα του δακτυλίου. Οι ράβδοι είναι συγκολλημένες κι αυτές στο δακτύλιο ώστε να αποτελούν τρεις ακτίνες του, που ανά δύο να σχηματίζουν γωνία ίση με 120^ο . Ο τροχός μπορεί να περιστρέφεται γύρω από ακλόνητο οριζόντιο άξονα που είναι κάθετος πάνω του και διέρχεται από το κέντρο του Κ.

Ο δακτύλιος, καθεμιά ράβδος και το σφαιρίδιο έχουν την ίδια μάζα m. Αρχικά, συγκρατούμε τον τροχό με την ακτίνα ΚΣ σε οριζόντια θέση. Ύστερα τον αφήνουμε ελεύθερο να περιστραφεί γύρω από τον οριζόντιο άξονα.

α) Πόση είναι η αρχική γωνιακή επιτάχυνση του τροχού;

β) Πόση είναι η γωνιακή ταχύτητα του τροχού τη στιγμή που η ακτίνα ΚΣ γίνεται κατακόρυφη;

γ) Πόσος είναι ο αρχικός ρυθμός μεταβολής της στροφορμής σφαιριδίου;

Δίνεται η ροπή αδράνειας κάθε ράβδου ως προς το κέντρο μάζας της: Ι=mℓ²/12

Απάντηση: