Ένα Β θέμα του μέλλοντος

Ομογενής κύλινδρος μάζας Μ_Κ = m και ακτίνας R_Κ, βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο (μεγάλου μήκους) γωνίας κλίσης 30^ο. Στο μέσο της επιφάνειας του κυλίνδρου, που φέρει ένα λεπτό αυλάκι, έχουμε τυλίξει πολλές φορές λεπτό, αβαρές και μη εκτατό νήμα, στο άλλο άκρο του οποίου έχουμε δέσει σώμα Σ μικρών διαστάσεων μάζας Μ_Σ = m. Το νήμα περνάει από το αυλάκι ομογενούς τροχαλίας μάζας Μ_Τ = m και ακτίνας R_Τ, την οποία έχουμε στερεώσει σε ακλόνητο σημείο. Η τροχαλία μπορεί να περιστρέφεται χωρίς τριβές γύρω από οριζόντιο άξονα που διέρχεται από το κέντρο μάζας της και είναι κάθετος στο επίπεδο της τροχαλίας. Το τμήμα του νήματος που συνδέει τον κύλινδρο με την τροχαλία έχει διεύθυνση παράλληλη με τη σανίδα. Αρχικά ασκούμε δύναμη F στο κέντρο μάζας του κυλίνδρου με διεύθυνση παράλληλη προς την διεύθυνση ΑΒ, ώστε το σύστημα κύλινδρος-τροχαλία-σώμα να ισορροπεί, όπως φαίνεται στο σχήμα. Τη χρονική στιγμή t = 0 καταργούμε ακαριαία τη δύναμη και το σώμα Σ αρχίζει να κατέρχεται κατακόρυφα, ενώ ο κύλινδρος αρχίζει να ανέρχεται στη σανίδα εκτελώντας κύλιση χωρίς ολίσθηση και το νήμα δεν ολισθαίνει στο αυλάκι της τροχαλίας. Τη χρονική στιγμή t₁ κόβουμε ακαριαία το νήμα στο σημείο που εφάπτεται με τον κύλινδρο και στο σημείο πρόσδεσης με το σώμα Σ. Μετά το κόψιμο του νήματος, αυτό δεν εμποδίζει την κίνηση του κυλίνδρου και του σώματος. Ο κύλινδρος συνεχίζει την κίνησή του εκτελώντας κύλιση χωρίς ολίσθηση, μέχρι να σταματήσει. O λόγος s₁/s₂ (όπου s₁ το διάστημα που διανύει ο κύλινδρος επιταχυνόμενος και s₂ το διάστημα που διανύει ο κύλινδρος επιβραδυνόμενος μέχρι να σταματήσει) είναι: 

  α. 5/3 (προφανώς αυτό)                      β. 1                              γ. 5/8 

 Δίνονται οι γνωστές ροπές αδράνειας. 

 Το θέμα σε word.

Μανώλης από τα παλιά.

Στην διάταξη που φαίνεται στο σχήμα η πλατφόρμα Σ₁, μήκους d και μάζας m₁ = 1 kgσυνδέεται μέσω του ιδανικού ελατηρίου σταθεράς k = 144 N/m με το σταθερό σημείο Α. Πάνω στην πλατφόρμα και σε απλή επαφή – δεν είναι κολλημένο – με το αριστερό της άκρο βρίσκεται το κυβικού σχήματος σώμα Σ₂, μάζας m₂ = 0,44 kg. Το ελατήριο, αρχικά, έχει το φυσικό του μήκος και το σύστημα ισορροπεί.  Από την αρχική θέση ισορροπίας φέρουμε το σύστημα στη θέση όπου το ελατήριο είναι συσπειρωμένο κατά Α₀ = 0,36 m με το σώμα πάνω στην πλατφόρμα να παραμένει σε επαφή με το δεξιό τελείωμα αυτής και συγκρατούμε το σύστημα εκεί. Τη χρονική στιγμή t₀ = 0 «ελευθερώνουμε» το σύστημα. Τριβές δεν υπάρχουν.

α. Σε ποια θέση και ποια χρονική στιγμή το σώμα θα χάσει την επαφή του με το αριστερό άκρο της πλατφόρμας;

β. Γιατί το σώμα θα συγκρουστεί με το δεξί άκρο της πλατφόρμας;

γ. Έχουμε προβλέψει ώστε οι εσωτερικές διαστάσεις της πλατφόρμας καθώς και οι διαστάσεις του σώματος επ’ αυτής να είναι κατάλληλες, ώστε η σύγκρουση που προαναφέραμε να λαμβάνει χώρα, όταν η ταχύτητα της πλατφόρμας μηδενίζεται για πρώτη φορά. Προσδιορίστε το εσωτερικό μήκος d της πλατφόρμας και τη χρονική στιγμή της σύγκρουσης αυτής.

δ. Στο εσωτερικό του δεξιού τελειώματος της πλατφόρμας έχει απλωθεί ισχυρότατη κόλλα στιγμιαίας δράσης ώστε η κρούση του σώματος με το τελείωμα αυτό να είναι πλαστική. Θεωρώντας τη διάρκεια της κρούσης αμελητέα υπολογίστε την ταχύτητα του συστήματος αμέσως μετά την κρούση καθώς και το πλάτος της ταλάντωσης, του συστήματος, που θα επακολουθήσει μετά την κρούση.

Για την απάντηση να λάβετε υπόψη σας το δοσμένο άξονα και να θεωρήσετε ως σημεία για τον προσδιορισμό των θέσεων το εσωτερικό αριστερό άκρο της πλατφόρμας και την αριστερή έδρα του κυβικού σώματος. Οι διαστάσεις του κύβου θεωρούνται αμελητέες.
   

Η στατική τριβή κατά την περιστροφή

Ο οριζόντιος δίσκος του σχήματος, μπορεί να στρέφεται γύρω από κατακόρυφο άξονα, ο οποίος περνά από το κέντρο του Ο και ηρεμεί. Τοποθετούμε πάνω του ένα σώμα Σ, μάζας m=2kg, το οποίο θεωρείται υλικό σημείο, σε απόσταση R=2m από το κέντρο του. Σε μια στιγμή ο δίσκος τίθεται σε περιστροφή και στο σχήμα δίνεται το γράφημα της γωνιακής του ταχύτητας σε συνάρτηση με το χρόνο, ενώ το σώμα Σ κινείται κυκλικά χωρίς να ολισθαίνει πάνω στο δίσκο.

i)  Να υπολογιστεί η γωνιακή επιτάχυνση του δίσκου, καθώς και η επιτρόχια επιτάχυνση του σώματος Σ τη χρονική στιγμή t₁=1s.

ii) Να βρεθεί η τριβή (μέτρο και κατεύθυνση) η οποία ασκείται στο σώμα Σ τη στιγμή t₀=0⁺ (αμέσως μόλις αρχίσει η περιστροφή).

iii) Ποια η αντίστοιχη απάντηση για την ασκούμενη τριβή τη χρονική στιγμή t₂=5s;

iv) Σε μια επανάληψη του πειράματος, ο δίσκος τίθεται ξανά σε περιστροφή με την ίδια γωνιακή επιτάχυνση, χωρίς αυτή να μηδενίζεται τη στιγμή t=4s, οπότε παρατηρούμε ότι το σώμα Σ αρχίζει να ολισθαίνει τη χρονική στιγμή t₃=4,2s. Να υπολογιστεί ο συντελεστής οριακής στατικής τριβής μεταξύ του σώματος και του δίσκου.

Στον σχεδιασμό της δύναμης τριβής, σε κάθε περίπτωση, να μην αναζητηθεί η ακριβής θέση του σώματος και η γωνία κατά την οποία έχει περιστραφεί ο δίσκος.

Δίνεται g=10m/s².

Απάντηση:

ή

Η στατική τριβή κατά την περιστροφή

Από πλάτη ... σκαλοπάτια.

Στο διπλανό σχήμα βλέπουμε το οριζόντιο ελατήριο σταθεράς k με το σώμα Σ₁ μάζας m₁ να είναι δεμένο στο δεξιό του άκρο, ενώ το άλλο άκρο (του ελατηρίου) είναι δεμένο σε ακλόνητο τοίχο. Δεξιά του Σ₁ βρίσκεται σε επαφή το σώμα Σ₂ μάζας m₂. Το ελατήριο αρχικά είναι συμπιεσμένο και συγκρατείται ακίνητο με την βοήθεια μιας δύναμης F₀. Την χρονική στιγμή t₀ = 0, αφήνουμε το σύστημα να εκτελέσει ταλάντωση. Κάποια στιγμή το Σ₂ αποχωρίζεται από το Σ₁ και στην συνέχεια συγκρούεται κεντρικά και ελαστικά με τον δεξιό τοίχο. Στην επιστροφή του το Σ₂ συναντά το Σ₁ με το οποίο συγκρούεται πλαστικά. Στο κάτω σχήμα φαίνονται τα πλάτη των ταλαντώσεων που πραγματοποιούνται. Να βρεθούν:

α. ο λόγος των μαζών m₁/m₂

β. η ταχύτητα του Σ₁ ακριβώς πριν την πλαστική κρούση με το Σ₂

γ. η απόσταση των σωμάτων την χρονική στιγμή t₀ = 0 με τον δεξιό τοίχο

δ. το πλάτος Α₃ του συσσωματώματος.

Δίνεται π = 3,14. Το οριζόντιο δάπεδο είναι λείο και τα σώματα Σ₁ και Σ₂ τα θεωρούμε σημειακά αντικείμενα.

Ένα σφαιρίδιο χτυπά σε δύο παράλληλους τοίχους

Ανάμεσα σε δύο παράλληλους λείους τοίχους ΑΓ και ΒΔ μήκους L που απέχουν απόσταση d, Tα ευθύγραμμα τμήματα ΑΒ και ΓΔ είναι κάθετα στους τοίχους. Σημειακή σφαίρα Σ μάζας m εκτοξεύεται από το μέσο του τμήματος ΑΒ με ταχύτητα μέτρου υ που σχηματίζει με τον οριζόντιο άξονα x΄x γωνία θ όπως φαίνεται στο σχήμα το οποίο είναι σε κάτοψη. Η σφαίρα συγκρούεται ανελαστικά στους τοίχους με τέτοιο τρόπο ώστε μετά από κάθε κρούση η εφαπτομένη της γωνίας που σχηματίζεται μεταξύ της ταχύτητας και της οριζόντιας διεύθυνσης x΄x, να μεταβάλλεται κατά 50%. Η σφαίρα ως σημειακή εκτελεί μόνο μεταφορική κίνηση.

υπάρχει λείο οριζόντιο δάπεδο.

i) Το σφαιρίδιο εξέρχεται από τους τοίχους σε χρόνο t₁. Αν το σφαιρίδιο συγκρουόταν ελαστικά με τους τοίχους ο χρόνος κίνησης t₂ θα ήταν:

α. t₂= 2t₁                         β. t₂= t₁                                γ. t₂= ½ t₁

ii) Για το ποσό ενέργειας που χάνεται μεταξύ δύο διαδοχικών κρούσεων ισχύει:

Συνέχεια...

Ταλαντώσεις με … σκαμνάκι.

Στο διπλανό σχήμα βλέπουμε το σώμα Σ μάζας Μ = 10 kg, να βρίσκεται πάνω σε τραχύ δάπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ₁ = 0,4. Το δεξιό του άκρο είναι συνδεδεμένο με ελατήριο σταθεράς k = 100 N/m, το άλλο άκρο του οποίου είναι δεμένο με σώμα Σ₁ μάζας m₁. Κάτω από το Σ₁, βρίσκεται το σώμα Σ₂ μάζας m₂ και παρουσιάζει με το Σ₁ τριβή με συντελεστή τριβής μ₂ = 1. Μεταξύ Σ₂ και δαπέδου δεν αναπτύσσεται τριβή. Αρχικά το ελατήριο έχει το φυσικό του μήκους και κάποια χρονική στιγμή ασκούμε στο Σ₁ σταθερή δύναμη F για μετατόπιση Δx. Μόλις το σύστημα των Σ₁ και Σ₂ σώμα αποκτήσει κατάλληλη ενέργεια ώστε κατά την διάρκεια της ταλάντωσης του να υπάρχουν στιγμές που μόλις που δεν μετακινείται το σώμα μάζας Μ. Η ταλάντωση των Σ₁, Σ₂ είναι της μορφής x = Αημ(10t + π/6) στο S.I. Η σταθερά του ιδανικού ελατηρίου είναι k = 100 N/m και στα σώματα Σ₁ και Σ₂ μόλις που δεν υπάρχει σχετική κίνηση μεταξύ τους σε κάποια σημεία της ταλάντωσής τους. Ως στιγμή t₀ = 0, λαμβάνουμε την στιγμή κατάργησης της δύναμης F. Να βρείτε:

α. την ενέργεια της ταλάντωσης του συστήματος

β. το μέτρο της δύναμης F

γ. τις σταθερές της ταλάντωσης D₁, D₂, των σωμάτων Σ₁, Σ₂.

δ. το μέτρο της στατικής τριβής που δέχεται το Σ₂ την στιγμή που η κινητική ενέργεια του ταλαντούμενου συστήματος αποτελεί το 25% της ενέργειας της ταλάντωσής του.

Δίνεται g = 10 m/s².

Κρούση μετά από ανάκλαση

Σε λείο οριζόντιο επίπεδο ηρεμούν δυο μικρές σφαίρες με μάζες m₁=0,2kg και m₂=0,8kg αντίστοιχα στα σημεία Α και Β. Οι σφαίρες απέχουν από κατακόρυφο τοίχο αποστάσεις d₁=(ΑΑ΄) =1,2m και d₂ =(ΒΒ΄)=2m, ενώ (Α΄Β΄)=D=2,4m. Τη στιγμή t=0, η πρώτη σφαίρα δέχεται κατάλληλο κτύπημα αποκτώντας ταχύτητα υ₀, με αποτέλεσμα, μετά την ελαστική κρούση της με τον τοίχο, να συγκρουσθεί τη στιγμή t₁=2s με τη δεύτερη σφαίρα κεντρικά και ελαστικά.

i)  Σε ποιο σημείο του τοίχου έγινε η ανάκλαση της σφαίρας και ποιο το μέτρο της αρχικής ταχύτητας υ₀;

ii) Να υπολογισθεί η μεταβολή της ορμής της σφαίρας κατά την κρούση της με τον τοίχο.

iii) Θα επιστρέψει ξανά η πρώτη σφαίρα στην αρχική της θέση Α και αν ναι, ποια χρονική στιγμή θα συμβεί αυτό;

Ο τοίχος είναι λείος και η διάρκεια των κρούσεων αμελητέα.

Απάντηση:

ή

Κρούση μετά από ανάκλαση

Ο κόφτης έφτασε.

Ο κύλινδρος του σχήματος έχει ακτίνα r = 0,1 m και πάνω του έχει προσαρμοσμένα 4 πτερύγια ακτίνας R = 0,2 m. Η ροπή αδράνειας του στερεού είναι Ι = 0,2 kg·m² (μαζί με τα πτερύγια). Τα πτερύγια δημιουργούν συνολική ροπή που αντιτίθεται στην κίνηση, μέτρου τ = 0,4υ (S.I.) όπου υ το μέτρο της ταχύτητας των πτερυγίων. Το σύστημα αποτελείται από μια τροχαλία μάζας Μ₂ = 2 kg και ακτίνας R₂ = 0,2 m και ένα σώμα μάζας m₂ = 4 kg. 
Α. Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο να κινηθεί οπότε αρχικά επιταχύνεται ώσπου να αποκτήσει σταθερή ταχύτητα και στην συνέχεια κινείται ομαλά. Να βρείτε:  
α. την αρχική επιτάχυνση (t₀ = 0) της μάζας m₂

β. την κινητική ενέργεια του κυλίνδρου όταν το σώμα μάζας m₂ αποκτά σταθερή ταχύτητα.

Β. Το σώμα μάζας m₂ καθώς κατεβαίνει και αφού έχει προλάβει να αποκτήσει σταθερή ταχύτητα, συναντά οριζόντια ράβδο μήκους d = 2 m και μάζας Μ₁ = 3,75 kg που ισορροπεί οριζόντια στηριζόμενη στο σημείο Κ έχοντας στο άκρο της Α σημειακή μάζα m₁ = 2,5 kg όπως στο σχήμα. Το σώμα μάζας m συγκρούεται με τη ράβδο στο σημείο Λ συσσωματώνεται και αποκτά γωνιακή ταχύτητα ω = 3 rad/s. Το σημείο στήριξης της ράβδου απέχει από το έδαφος απόσταση ΚΠ = y = 0,462 m. Να βρείτε:

Ανελκυστήρας

Ανελκυστήρας αποτελείται από το θάλαμο μάζας Μθ=500kg , αντίβαρο μάζας ΜΑ=400kg  , τύμπανο μάζας ΜΤ=100kg  ακτίνας R=1m και ροπής αδράνειας Ιcm=1/2 ΜτR2,  που συνδέεται, μέσω άξονα κάθετο στο επίπεδό του και στο κέντρο του, με ηλεκτρικό κινητήρα .  Ο θάλαμος και το αντίβαρο συνδέονται μέσω συρματόσχοινου, αμελητέας μάζας, που είναι περασμένο σε αύλακα στην περιφέρεια του τυμπάνου και δεν ολισθαίνει. Ο θάλαμος είναι στο ισόγειο και εισέρχονται άνθρωποι συνολικής μάζας ΜΕ= 500kg και ο ανελκυστήρας ξεκινά επιταχυνόμενος προς τα πάνω. Για τα πρώτα 2 δευτερόλεπτα επιταχύνεται ομαλά μέχρι να αποκτήσει ταχύτητα 2m/s , κατόπιν κινείται με αυτή την ταχύτητα για 10s  και τέλος επιβραδύνεται ομαλά λόγω βαρύτητας και σταματά.

το πρόβλημα και η λύση του

Δύναμη στην ταλάντωση.

Ένα σώμα Σ μάζας m είναι δεμένο στο κάτω άκρο κατακόρυφου ελατηρίου σταθεράς k και εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση πλάτους Α₀ = 0,2√3 m. Ο ρυθμός μεταβολής της ορμής έχει μέγιστο μέτρο |dp/dt| = 40√3N κάθε 0,1π s. Κάποια στιγμή που ο ταλαντωτής διέρχεται από την θέση ισορροπίας και κατέρχεται, του ασκούμε με φορά προς τα κάτω σταθερή κατακόρυφη δύναμη F διπλάσια του βάρους.

Α. Να βρεθεί το πλάτος Α₁ και η ενέργεια της ταλάντωσης Ε₁ μετά την άσκηση της δύναμης F.

B. Αν η δύναμη ασκείται για χρονικό διάστημα Δt = π/6 s και μετά καταργείται. Μετά την κατάργηση της δύναμης F:

α. να υπολογισθεί το πλάτος Α₂ της νέας ταλάντωσης

β. να γραφεί η χρονική εξίσωση της απομάκρυνσης της ταλάντωσης (t = 0 η στιγμή εφαρμογής της δύναμης).

γ. Να υπολογίσετε το έργο της F για το χρόνο δράσης της.

Γ. Ποια χρονική στιγμή (η ελάχιστη), έπρεπε να καταργήσουμε την δύναμη F ώστε το πλάτος της ταλάντωσης μετά την κατάργηση της να είναι μέγιστο και ποιο είναι αυτό;

Δίνεται g = 10 m/s², θετική η φορά προς τα πάνω και σε κάθε περίπτωση το σώμα εκτελεί Α.Α.Τ. με D = k.

 

   

 

Ένας κυλινδρικός φλοιός σε ένα σκαλοπάτι. Συνέχεια.

2. Το σκαλοπάτι δεν είναι λείο.

Ένας λεπτός κυλινδρικός φλοιός, μάζας Μ=20kg και ακτίνας R=50cm, φέρει σχισμή βάθους y=10cm, εντός της οποίας έχουμε τυλίξει ένα αβαρές νήμα. Το σώμα ηρεμεί σε λείο οριζόντιο επίπεδο, σε επαφή με σκαλοπάτι ύψους h=20cm, με το οποίο εμφανίζει τριβή με συντελεστές τριβής μ=μ_s=0,5. Σε μια στιγμή ασκούμε μια οριζόντια δύναμη F=20Ν στο άκρο Α του νήματος χωρίς να κινηθεί ο φλοιός.

i) Να υπολογίσετε την τριβή και την κάθετη αντίδραση που ασκείται στον κυλινδρικό φλοιό, από το σκαλοπάτι. 

ii)  Αυξάνουμε σιγά-σιγά το μέτρο της δύναμης F με σκοπό να κινηθεί ο φλοιός. Να εξετάσετε τι πρόκειται να συμβεί πρώτα:

 α) Ο φλοιός θα εκτελέσει περιστροφική κίνηση χωρίς να ανέβει στο σκαλοπάτι.

 β) Ο κυλινδρικός φλοιός θα αρχίσει να ανεβαίνει στο σκαλοπάτι, εκτελώντας σύνθετη κίνηση.

iii) Επαναλαμβάνουμε το πείραμα ασκώντας οριζόντια δύναμη F₁=120Ν, με αποτέλεσμα  το στερεό να ανέβει στο σκαλοπάτι.

α) Να υπολογιστεί η αρχική επιτάχυνση του κέντρου Ο, του κυλινδρικού φλοιού.

β) Ποια τιμή παίρνει η παραπάνω επιτάχυνση μόλις το κέντρο Ο απέχει κατά h₁=60cm από το οριζόντιο επίπεδο;

Δίνεται η ροπή αδράνειας του φλοιού, ως προς τον άξονα περιστροφής του Ι= ½ mR² και g=10m/s².

Απάντηση:

ή

Ένας κυλινδρικός φλοιός σε  ένα σκαλοπάτι. Συνέχεια.

Άλλη μια ράβδος στρέφεται

Η ομογενής ράβδος του σχήματος μάζας Μ=3kg και μήκους l=2m, είναι αρθρωμένη στο άκρο της Ο, γύρω από το οποίο μπορεί να στρέφεται χωρίς τριβές. Η ράβδος ισορροπεί, κρεμασμένη στο άκρο κατακόρυφου νήματος, το οποίο έχει προσδεθεί στο σημείο Β, όπου (ΒΑ)=0,4m, σχηματίζοντας γωνία θ με την οριζόντια διεύθυνση. Σε μια στιγμή κόβουμε το νήμα, οπότε η ράβδος κατέρχεται και τη στιγμή που γίνεται οριζόντια, το άκρο της Α έχει ταχύτητα υ_Α=6m/s.

i)  Για την αρχική θέση (πριν να κοπεί το νήμα), να βρεθεί η τάση του νήματος, καθώς και η γωνία θ που σχηματίζει η ράβδος με την οριζόντια διεύθυνση.

ii) Να βρεθεί η κατακόρυφη επιτάχυνση του μέσου Κ της ράβδου καθώς και η οριζόντια και κατακόρυφη συνιστώσα της δύναμης που ασκείται στη ράβδο από την άρθρωση, στην οριζόντια θέση.

iii) Αναφερόμενοι στην οριζόντια θέση, δυο μαθητές, ο Χ και ο Υ, θέλουν να υπολογίσουν τη στροφορμή και το ρυθμό μεταβολής της στροφορμής ως προς το άκρο Ο (ισοδύναμα ως προς σταθερό οριζόντιο άξονα z κάθετο στο επίπεδο περιστροφής που περνά από το άκρο Ο). Ο Χ θεωρεί την κίνηση στροφική γύρω από τον άξονα z, ο Υ θεωρεί την κίνηση σύνθετη, μια μεταφορική του κέντρου μάζας και μια περιστροφή γύρω από κάθετο άξονα που περνά από το Κ.

Ποιες είναι οι απαντήσεις που θα δώσουν;

iv) Να υπολογιστεί επίσης η στροφορμή και ο αντίστοιχος ρυθμός μεταβολής της ως προς:

 α) σταθερό οριζόντιο άξονα, κάθετο στο επίπεδο περιστροφής που περνά από το μέσον της Κ της ράβδου.

 β) σταθερό οριζόντιο άξονα, κάθετο στο επίπεδο περιστροφής, ο οποίος περνά από το άκρον Α της ράβδου.

Δίνεται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς κάθετο άξονα που περνά από το μέσον της Ι_cm= (1/12)∙ Μl² και g=10m/s².

Απάντηση:

ή

Άλλη μια ράβδος στρέφεται

Μια ράβδος κρέμεται και μετά γλιστράει

Μια ομογενής ράβδος ΑΒ μήκους 2m και μάζας 4kg, κρέμεται μέσω νήματος, το οποίο  δένεται στο άκρο της Β, από σταθερό σημείο Ο, ενώ στηρίζεται σε λείο οριζόντιο επίπεδο (1) με το άκρο της Α.

i)  Σε ποια ή σε ποιες από τις παραπάνω θέσεις μπορεί να ισορροπεί η ράβδος; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας, εξηγώντας και την ισορροπία και τη μη ισορροπία, για κάθε περίπτωση.

ii) Η ράβδος αυτή τοποθετείται σε άλλο οριζόντιο επίπεδο (2) με το οποίο σχηματίζει γωνία θ, και αφήνεται να πέσει, ξεκινώντας από την ηρεμία. Αν το άκρο της Α μετατοπισθεί κατά 0,2m, μέχρι που το άκρο Β να φτάσει στο επίπεδο:

 α) Να αποδείξετε ότι το επίπεδο (2) είναι λείο.

 β) Να βρεθεί η αρχική επιτάχυνση του άκρου Α.

γ) Να υπολογιστεί η κινητική ενέργεια της ράβδου τη στιγμή που γίνεται οριζόντια (που το άκρο Β φτάνει στο επίπεδο…).

Δίνεται η ροπή αδράνειας της ράβδου ως προς κάθετο άξονα που περνά από το μέσον της Ι= 1/12 Μl² , g=10m/s², ενώ συνθ=0,8 και ημθ=0,6.

Απάντηση:

ή

Μια ράβδος κρέμεται και μετά γλιστράει

Ισορροπίες και μια αντίστροφη κύλιση.

Πάνω σε μια μισοβυθισμένη στο έδαφος  σφαίρα, ακτίνας R=(3/π)m, στηρίζεται μια ομογενής δοκός ΑΒ μήκους 6m και βάρους 300Ν, η οποία ισορροπεί οριζόντια με την επίδραση μιας κατακόρυφης δύναμης F, η οποία ασκείται στο άκρο της Β, όπως στο σχήμα.

i) Αν (ΑΓ)=2m, όπου Γ το σημείο της ράβδου το οποίο εφάπτεται της σφαίρας, να υπολογιστεί η δύναμη F, για την παραπάνω ισορροπία.

ii)Αυξάνουμε το μέτρο της ασκούμενης  δύναμης F, διατηρώντας την κατακόρυφη, με αποτέλεσμα το άκρο Β της ράβδου να αρχίσει να ανέρχεται, χωρίς η δοκός να γλιστράει πάνω στη σφαίρα. Με τον τρόπο αυτό, φέρνουμε τη δοκό να ισορροπεί όπως στο σχήμα, ενώ F₁=100Ν.

α) Πόσο απέχει το σημείο Δ, σημείο επαφής της δοκού με τη σφαίρα, από το άκρο Α;

β) Ποια γωνία σχηματίζει η δοκός με την οριζόντια διεύθυνση;

γ) Να υπολογιστεί το μέτρο της τριβής που ασκείται στη δοκό.

δ) Ποιος ο ελάχιστος συντελεστής οριακής στατικής τριβής μεταξύ δοκού και σφαίρας για την παραπάνω ισορροπία;

Απάντηση:

ή

Ισορροπίες και αντίστροφη κύλιση.

Η κίνηση του δίσκου

Σε λείο οριζόντιο επίπεδο ηρεμεί ένας λεπτός ομογενής κυκλικός δίσκος, μάζας m=6kg με το επίπεδό του οριζόντιο. Σε μια στιγμή (t=0) στο σημείο Α της περιφέρειας του, ασκούνται δύο σταθερές οριζόντιες δυνάμεις, όπως στο σχήμα, όπου η πρώτη έχει μέτρο F₁=5Ν, ενώ ημθ=0,6. Ο δίσκος κινείται χωρίς να στρέφεται και τη στιγμή t₁=2s το σημείο Α έχει μετατοπισθεί κατά 2m. Τη στιγμή αυτή η δύναμη F₂ παύει να ασκείται στο δίσκο.

i)  Σε ποια κατεύθυνση έχει κινηθεί το κέντρο Κ του δίσκου; Να δικαιολογήσετε αναλυτικά την απάντησή σας.

ii) Να βρεθεί το μέτρο και η κατεύθυνση της δύναμης F₂.

iii) Να υπολογιστούν αμέσως μετά την κατάργηση της δύναμης F₂ (τη στιγμή t₁⁺):

 α) Η επιτάχυνση του κέντρου Κ του δίσκου.

  β) Η επιτάχυνση του σημείου Α

  γ) Ο ρυθμός μεταβολής του μέτρου της ταχύτητας του σημείου Α.

Δίνεται η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς κατακόρυφο άξονα που περνά από το κέντρο του Ι= ½ mR².

Απάντηση:

ή

Η κίνηση του δίσκου

Η κεντρομόλος επιτάχυνση σημείου.

Σε λείο οριζόντιο επίπεδο κινείται ένας λεπτός ομογενής κυκλικός δίσκος, μάζας m=4kg και ακτίνας R=0,2m, με το επίπεδό του οριζόντιο και με την επίδραση μιας οριζόντιας μεταβλητής δύναμης F, η οποία ασκείται στο σημείο Α της περιφέρειας του δίσκου. Σε μια στιγμή t₁, το κέντρο μάζας του δίσκου έχει ταχύτητα υ_cm=1m/s ενώ η γωνιακή ταχύτητα του δίσκου έχει μέτρο ω=5rαd/s με κατεύθυνση όπως στο σχήμα. Τη στιγμή αυτή το μέτρο της δύναμης είναι F=4Ν, ενώ η κατεύθυνσή της είναι ίδια με την κατεύθυνση της ταχύτητας  υ_cm. Για την παραπάνω χρονική στιγμή t₁:

 i) Να υπολογισθούν η επιτάχυνση του κέντρου Κ, καθώς και η γωνιακή επιτάχυνση του δίσκου.

ii) Θεωρώντας σύνθετη την κίνηση του δίσκου, μια μεταφορική και μια στροφική γύρω από κατακόρυφο άξονα που περνά από το κέντρο μάζας Κ, να βρεθούν η επιτρόχια και η κεντρομόλος επιτάχυνση του σημείου Α, για την κυκλική κίνησή του γύρω από το Κ.

iii) Να βρεθεί η επιτάχυνση του σημείου Α, στο οποίο ασκείται η δύναμη F.

iv) Η παραπάνω θεώρηση, δεν είναι παρά ένας βολικός τρόπος μελέτης της κίνησης. Στην πραγματικότητα το σημείο Α διαγράφει μια καμπύλη τροχιά. Αφού υπολογιστεί η κεντρομόλος επιτάχυνση του σημείου Α, για την καμπυλόγραμμη αυτή κίνηση, να υπολογίστε την ακτίνα ενός κύκλου, ο οποίος μπορεί να προσεγγίσει την τροχιά αυτή (η ακτίνα αυτή ονομάζεται ακτίνα καμπυλότητας της τροχιάς του σημείου Α, στην θέση αυτή).

Απάντηση
ή

Η κεντρομόλος επιτάχυνση σημείου.

Πάμε να γεμίσουμε ένα μεγάλο δοχείο με νερό

Διαθέτουμε μια πολύ μεγάλη δεξαμενή με νερό. Ένας οριζόντιος σωλήνας διατομής Α=4cm², μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να γεμίσουμε ένα μεγάλο δοχείο-ντεπόζιτο, το οποίο συνδέεται με τη δεξαμενή, όπως στο σχήμα.

Δίνονται Η=1,25m, h₁=55cm, ενώ η στρόφιγγα Σ είναι αρχικά κλειστή.

Ανοίγουμε τη στρόφιγγα και αποκαθίσταται σύντομα μια μόνιμη και στρωτή ροή, την οποία προσομοιάζουμε με ροή ιδανικού ρευστού με πυκνότητα ρ=1.000kg/m³, ενώ g=10m/s².

i) Να βρεθεί η ταχύτητα εκροής του νερού από το άκρο του σωλήνα, καθώς και η παροχή του σωλήνα.

ii) Η εξερχόμενη φλέβα νερού, καμπυλώνεται και φτάνει στον πυθμένα του δοχείου, χωρίς να διαχωρίζεται. Να βρεθεί η διατομή της, τη στιγμή που συναντά τον πυθμένα.

iii) Μετά από αρκετό χρόνο, το νερό έχει ανέλθει στο δοχείο μέχρι ύψος h₂=1m. Με ποιο ρυθμό αυξάνεται ο όγκος του νερού στο δοχείο στην φάση αυτή;

Θεωρείστε ότι η δεξαμενή έχει πολύ μεγάλο όγκο, οπότε το γέμισμα του δοχείου δεν προκαλεί παρατηρήσιμη μεταβολή στο ύψος του νερού εντός της, ενώ και το δοχείο έχει αρκετό όγκο, οπότε η άνοδος της επιφάνειας του νερού να είναι πάρα πολύ αργή.

Απάντηση:

ή

	Πάμε να γεμίσουμε ένα μεγάλο δοχείο με νερό

Ο ταλαντωτής του Γιάννη … με λίγο Βαγγέλη.

Το ελατήριο του σχήματος έχει σταθερά k = 200 Ν/m. Η μάζα του σώματος είναι m = 2 kg και ο συντελεστής τριβής είναι μ = 0,5. Απομακρύνουμε το σώμα από την θέση φυσικού μήκους του ελατηρίου, έτσι ώστε το ελατήριο να επιμηκυνθεί κατά Δℓ₀ = 0,27 m και το αφήνουμε να ταλαντωθεί.

Α. Να δείξετε ότι η κίνηση είναι τμηματικά αρμονική ταλάντωση και να υπολογίσετε την περίοδο της.

Β. Να βρείτε:

α. Σε ποια θέση θα σταματήσει για πρώτη φορά και σε πόσο χρόνο (θεωρούμε ως x = 0 την Θ.Φ.Μ. του ελατηρίου)

β. την δυναμική ενέργεια του ελατηρίου όταν το σώμα θα σταματήσει οριστικά και τον συνολικό χρόνο κίνησης του σώματος.

γ. την σχέση που δίνει το ρυθμό μεταβολής της κινητικής ενέργειας κάθε φορά που το σώμα περνά από τη θέση φυσικού μήκους του ελατηρίου.

Δίνεται g = 10 m/s². Να θεωρήσετε ότι ο συντελεστής οριακής τριβής είναι ίσος με τον συντελεστή τριβής ολίσθησης.

   

Μια ταχύτητα και η μέγιστη ταχύτητα ταλάντωσης.

Ένα σώμα μάζας 1kg εκτελεί ΑΑΤ και σε μια στιγμή (t₀=0) περνάει από μια θέση Β, κινούμενο προς τη θετική κατεύθυνση, με ταχύτητα μέτρου υ₁=0,4m/s. Μετά από λίγο αποκτά την μέγιστη ταχύτητά του 0,5m/s, ενώ στη συνέχεια επιβραδύνεται και μηδενίζεται στιγμιαία η ταχύτητά του στη θέση Γ, αφού διανύσει απόσταση (ΒΓ)=0,8m.

i) Να βρεθεί το πλάτος ταλάντωσης και η απομάκρυνσή του στη θέση Β.

ii) Να υπολογιστεί η επιτάχυνση του σώματος στις θέσεις Β και Γ.

iii) Να βρεθεί η θέση του σώματος, τη στιγμή t΄=5π/2 s.

iv) Να κάνετε το διάγραμμα της (συνισταμένης) δύναμης που ασκείται στο σώμα, από το Β στο Γ, σε συνάρτηση με την μετατόπιση από την αρχική θέση Β. Στη  συνέχεια να υπολογίσετε το εμβαδόν του χωρίου μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα της μετατόπισης. Τι μετράει το παραπάνω εμβαδόν;

Απάντηση:

ή

Μια ταχύτητα και η μέγιστη ταχύτητα ταλάντωσης.