ιδακτική Ενότητα: Κρούσεις Ασκήσεις που δόθηκαν στις εξετάσεις των Πανελληνίων ως

Transcript

1 Τίτλος Κεφαλαίου: Κρούσεις - Doppler ιδακτική Ενότητα: Κρούσεις Ασκήσεις που δόθηκαν στις εξετάσεις των Πανελληνίων ως Θέµα 3ο: (Οµογενών Σεπτέµβριος 010) Ένα σώµα Σ 1 µε µάζα m 1 =1kg κινείται µε ταχύτητα υ 1 =10m/s σε λείο οριζόντιο επίπεδο και κατά µήκος του άξονα x x, όπως φαίνεται στο σχήµα. Το σώµα Σ 1 συγκρούεται κεντρικά και ελαστικά µε ακίνητο σώµα Σ µάζας m =3kg που βρίσκεται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο µε το Σ 1.Η διάρκεια της κρούσης θεωρείται αµελητέα και η φορά της ταχύτητας υ 1 θετική. Να υπολογίσετε: Γ1. την ταχύτητα του Σ 1 µετά την κρούση. Μονάδες 6 Γ. την ταχύτητα του Σ µετά την κρούση. Μονάδες 6 Γ3. την κινητική ενέργεια του συστήµατος των δύο σωµάτων µετά την κρούση τους. Μονάδες 6 Γ4. την αλγεβρική τιµή της µεταβολής της ορµής του σώµατος Σ 1, λόγω της κρούσης. Μ ο ν ά δ ες 7 (Ιούνιος Ηµερήσιο) Τα σώµατα Σ 1 και Σ, αµελητέων διαστάσεων, µε µάζες m 1 =1kg και m =3kg αντίστοιχα είναι τοποθετηµένα σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Το σώµα Σ 1 είναι δεµένο στη µία άκρη οριζόντιου ιδανικού ελατηρίου σταθεράς k=100 N/m. Η άλλη Γεώργιος Μακεδών, Φυσικός Ρ/Η Σελίδα 1

2 άκρη του ελατηρίου, είναι ακλόνητα στερεωµένη. Το ελατήριο µε τη βοήθεια νήµατος είναι συσπειρωµένο κατά 0,m, όπως φαίνεται στο σχήµα. Το Σ ισορροπεί στο οριζόντιο επίπεδο στη θέση που αντιστοιχεί στο φυσικό µήκος l 0 του ελατηρίου. Κάποια χρονική στιγµή κόβουµε το νήµα και το σώµα Σ 1 κινούµενο προς τα δεξιά συγκρούεται κεντρικά και ελαστικά µε το σώµα Σ. Θεωρώντας ως αρχή µέτρησης των χρόνων τη στιγµή της κρούσης και ως θετική φορά κίνησης την προς τα δεξιά, να υπολογίσετε α. την ταχύτητα του σώµατος Σ 1 λίγο πριν την κρούση του µε το σώµα Σ. Μονάδες 6 β. τις ταχύτητες των σωµάτων Σ 1 και Σ, αµέσως µετά την κρούση. Μονάδες 6 γ. την αποµάκρυνση του σώµατος Σ 1, µετά την κρούση, σε συνάρτηση µε το χρόνο. Μονάδες 6 δ. την απόσταση µεταξύ των σωµάτων Σ 1 και Σ όταν το σώµα Σ 1 ακινητοποιείται στιγµιαία για δεύτερη φορά. Μονάδες 7 εχθείτε την κίνηση του σώµατος Σ 1 τόσο πριν, όσο και µετά την κρούση ως απλή αρµονική ταλάντωση σταθεράς k. ίνεται π=3,14 (Ηµερήσιο (Γ) Μάϊος 000) Βλήµα µάζας m=0,1 kg κινείται µε σταθερή οριζόντια ταχύτητα υ 1 =100 m/s και σφηνώνεται σε ένα ακίνητο κοµµάτι ξύλου µάζας M=1,9 kg. Μετά την κρούση το συσσωµάτωµα ξύλο βλήµα κινείται ελεύθερα πάνω σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Να υπολογιστούν: α. Το µέτρο της ταχύτητας του συσσωµατώµατος αµέσως µετά την κρούση. Μονάδες 1 β. Η κινητική ενέργεια του βλήµατος που µετατράπηκε σε θερµότητ κατά την κρούση.. Μονάδες 13 (Ηµερήσιο (Β) Σεπτέµβριος 000) Βλήµα m=1 kg, το οποίο κινείται οριζόντια µε ταχύτητα υ=00 m/s συναντά ξύλινο κιβώτιο µαζας Μ=99 kg, που αρχικά ηρεµεί σε οριζόντια επιφάνεια και σφηνώνεται σ αυτό. Η κρούση βλήµατος κιβωτίου είναι πλαστική. Αµέσως µετά την κρούση το συσσωµάτωµα αρχίζει να ολισθαίνει και τελικά σταµατά σε απόσταση x=0,4 m. Να υπολογίσετε: α. Την ταχύτητα του συσσωµατώµατος αµέσως µετά την κρούση. Μονάδες 8 β. Την απώλεια της κινητικής ενέργειας κατά την κρούση. Μονάδες 8 γ. Τον συντελεστή τριβής ολίσθησης µεταξύ του συσσωµατώµατος και της οριζόντιας επιφάνειας. Μονάδες 9 ίνεται: g=10 m/s Γεώργιος Μακεδών, Φυσικός Ρ/Η Σελίδα

3 ιδακτική Ενότητα: Φαινόµενο Doppler Ασκήσεις που δόθηκαν στις εξετάσεις των Πανελληνίων ως Θέµα 3ο: (Ηµερήσιο Ιούνιος 011) Παρατηρητής Α κινείται µε σταθερή ταχύτητα υα µεταξύ δύο ακίνητων ηχητικών πηγών S 1 και S, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήµα. Η πηγή S αρχικά δεν εκπέµπει ήχο, ενώ η πηγή S εκπέµπει ήχο µε συχνότητα f = Hz. Γ1. Υπολογίστε την ταχύτητα υ µε την οποία πρέπει να κινείται ο παρατηρητής, ώστε να Α ακούει ήχο µε συχνότητα f = 100,5 Hz. Μονάδες 6 Α Κάποια στιγµή ενεργοποιείται και η δεύτερη ηχητική πηγή S,η οποία εκπέµπει ήχο συχνότητας f = 100 Hz. Γ. Να υπολογίσετε το χρονικό διάστηµα t µεταξύ δύο διαδοχικών µηδενισµών της 1 έντασης του ήχου που ακούει ο κινούµενος παρατηρητής. Μονάδες 6 Η συχνότητα της ηχητικής πηγής S µεταβάλλεται σε f = 100,5 Hz, ενώ ο παρατηρητής Α σταµατάει να κινείται. Γ3. Να υπολογίσετε το χρονικό διάστηµα t µεταξύ δύο διαδοχικών µηδενισµών της έντασης του ήχου που ακούει ο ακίνητος παρατηρητής. Μονάδες 6 Γ4. Να υπολογίσετε το πλήθος των ταλαντώσεων τις οποίες εκτελεί το τύµπανο του αυτιού του παρατηρητή Α µεταξύ δύο διαδοχικών µηδενισµών της έντασης του ήχου που ακούει. Μονάδες 7 Θεωρούµε ότι οι εντάσεις των ήχων των δύο πηγών είναι ίσες και δεν µεταβάλλονται µε την απόσταση. Γεώργιος Μακεδών, Φυσικός Ρ/Η Σελίδα 3

4 ίνεται: ταχύτητα διάδοσης ήχου στον αέρα υ ηχ = 340 m/s. (ΟΕΦΕ 006) Σώµα Σ, µάζας Μ = 3 kg εκτελεί απλή αρµονική ταλάντωση µε συχνότητα f = 5 π Hz σε λείο οριζόντιο επίπεδο και η απόσταση των ακραίων θέσεων της τροχιάς του είναι 0, m. Πάνω στο σώµα Σ βρισκεται προσαρµοσµένη ηχητική πηγή αµελητέας µάζας, που εκπέµπει ήχο µε συχνότητα f S =676 Hz. εύτερο σώµα, µάζας m = 1 kg, που κινείται µε ταχύτητα µέτρου υ = 3 m/s, συγκρούεται µετωπικά και ελαστικά µε το σώµα Σ, τη στιγµή που αυτό βρίσκεται στη µέγιστη αποµάκρυνση από τη θέση ισορροπίας του, όπως φαίνεται στο σχήµα: Α. Να βρεθούν οι ταχύτητες των σωµάτων µετά την κρούση. Μονάδες 6 Β. Να γράψετε την εξίσωση αποµάκρυνσης του σώµατος Σ από ην θέση ισορροπίαςτου σε συνάρτηση µε το χρόνο, για την ταλάντωση που ξεκινά αµέσως µετά την κρούση. Να θεωρήσετε ως χρονική στιγµή t 0 =0 τη στιγµή της κρούσης και ως θετική φορά τη θετική φορά της ταλάντωσης του σώµατος Σ πριν την κρούση. Μονάδες 8 Γ. Ακίνητος δέκτη ηχητικών κυµάτων βρίσκετι στη διεύθυνση της ταλάντωσης του σώµατος Σ. α. Να βρεθεί η µέγιστη συχνότητα του ήχου που καταγράφει ο δέκτης µετά την κρούση. Μονάδες 6 β. Να βρεθεί το µέτρο της δύναµης επαναφοράς που δέχεται το σώµα Σ τη στιγµήπου ο δέκτης καταγράφει την πραγµατική συχνότητα που εκπέµπει η πηγή µετά την κρούση. ίνεται η ταχύτητα διάδοσης του ήχου στον αέρα: υ ηχ =340 m/s. Μονάδες 5 (OEFE 004) Ένα περιπολικό µε τη σειρήνα του σε λειτουργία κινείται ευθύγραµµα µε σταθερή ταχύτητα υ S =0 m/s, ανάµεσα σε δύο ακίνητους παρατηρητές Α και Β. Ο παρατηρητής Α ακούει ήχο συχνότητας f A =45 Hz, ενώ ο παρατηρητής Β ακούει ήχο βαρύτερο απ αυτόν που ακούει ο παρατηρητής Α. α. Το περιπολικό κινείται προς τον παρατηρητή Α ή προς τον παρατηρητή Β; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες 8 β. Ποια είναι η συχνότητα του ήχου της σειρήνας που θα άκουγε καθένας από τους δύο παρατηρητές, αν το περιπολικό σταµατούσε να κινείται; Μονάδες 10 Γεώργιος Μακεδών, Φυσικός Ρ/Η Σελίδα 4

5 γ. Ποια είναι η συχνότητα του ήχου που ακούει ο παρατηρητής Β όταν ο παρατηρητής Α ακούει ήχο f A =45 Hz; Μονάδες 7 ίνεται η ταχύτητα διάδοσης του ήχου στον αέρα: υ ηχ =340 m/s. (ΟΕΦΕ 00) ύο µάζες m 1 =1 kg και m = kg βρίσκονται πάνω σε λείο οριζότνιοεπίπεδο, στις θέσεις x 1 =0 και x =d=30 m, ενός προσανατολισµένου άξονα x x. Τη χρονική στιγµή t=0 δίνουµε στη µάζα m 1 ταχύτητα µέτρου υ 0 =6 m/s προς τη θετική κατεύθυνση. Αν οι δύο µάζες συγκρούονται µετωπικά και ελαστικά: α. Να βρείτε τις ταχύτητες των δύο µαζών µετά, την κρούση. Μονάδες 6 β. Να προσδιορίσετε τη συνάρτηση που δίνει τη θέση του κέντρου µάζας του συστήµατος των δύο µαζών µέχρι τη σύγκρουση τους σε συνάρτησηµε το χρόνο, και να την παραστήσετε γραφικά. Μονάδες 5 γ. Να γράψετε το είδος της κίνησης του κέντρου µάζας (cm) σ όλη τη διάρκεια του φαινοµένου (πριν και µετά την κρούση) και να βρείτε την ταχύτητα του τις χρονικές στιγµές t 1 =3 s και t =7 s Μονάδες 7 δ. Αν τη στιγµή της κρούσης ενεργοποείται κατάλληλη διάταξη που βρίσκεται στη µάζα m και εκπέµπεται ηχητικό κύµα συχνότητας f S =00 Hz, να βρείτε τη συχνότητα του κύµατος που ανιχνεύει µια άλλη διάταξη, η οποία είναι κατάλληλα τοποθετηµένη στη µάζα m 1. ίνεται η ταχύτητα διάδοσης του ήχου στον αέρα: υ ηχ =340 m/s. Γεώργιος Μακεδών, Φυσικός Ρ/Η Σελίδα 5