ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.1 ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Transcript

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Α. ΈΡΓΟ ΣΤΑΘΕΡΗΣ ΔΥΝΑΜΗΣ 1. Το σώμα του σχήματος μετακινείται πάνω στο οριζόντιο επίπεδο κατά x=2m. Στο σώμα εκτός του βάρους του και της αντίδρασης του εδάφους, ασκούνται και οι δυνάμεις του σχήματος, με πέτρα F 1=40 N, F 2= 30 N, F 3=20 N, F 4= 24 N και F 5=15 N αντίστοιχα. Αν οι γωνίες είναι φ=60 ο, θ=30 ο, ν=45 ο, να βρεθούν τα έργα των δυνάμεων. (Απ.: 80 J, 30 J, 0 J, J, -30 J) 2. Το σώμα του σχήματος έχει βάρος Β=100 Ν και μετατοπίζεται πάνω στο οριζόντιο επίπεδο κατά s=1 m. Στο σώμα ασκούνται οι δυνάμεις του σχήματος με μέτρα F 1=10 N, F 2=14 N, F 3=4 N και F 4=5 N αντίστοιχα. Αν φ=60 ο και θ=60 ο να βρείτε το έργο κάθε δύναμης και το έργο του βάρους. (Απ.: 10 J, 7 J, -2 J, -5 J, 0 J) 3. Ένα σώμα μάζας m=1 kg μετατοπίζεται σε οριζόντιο επίπεδο κατά Δx=0,5m δεμένο στο άκρο δυναμόμετρου. Αν το δυναμόμετρο δείχνει συνέχεια ένδειξη 20 Ν και ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επίπεδου είναι μ=0,2, να βρείτε: α. τα έργα των δυνάμεων που ασκούνται στο σώμα, β. την επιτάχυνση του σώματος. Δίνεται g=10 m/s 2. (Απ.: 10 J, -1 J, 0 και 0, 18 m/s 2 ) 4. Ένα σώμα βρίσκεται ακίνητο πάνω σε λείο οριζόντιο δάπεδο. Ένας άνθρωπος μετακινεί το σώμα κατά x=2 m, ασκώντας σε αυτό σταθερή οριζόντια δύναμη F. Να βρείτε τη δύναμη F, αν γνωρίζουμε ότι ο άνθρωπος μεταβίβασε στο σώμα ενέργεια ίση με 10 J. (Απ.: 5 Ν) 5. Σώμα μάζας m=10 kg κινείται πάνω σε οριζόντιο επίπεδο υπό την επίδραση δύναμης F=100 Ν που η διεύθυνσή της σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ=30 ο. Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ=0,5, να βρείτε το έργο της δύναμης F και το έργο της τριβής για μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδο κατά s=10 m. Δίνεται g=10 m/s 2. (Απ.: 500 3,-250 J)

2 92 6. Σώμα μάζας m=10 kg κινείται προς τα πάνω σε κεκλιμένο επίπεδο προς τα πάνω σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ=30 ο, με την επίδραση δύναμης μέτρου F=200 N που έχει την διεύθυνση του κεκλιμένου επιπέδου. Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος κι επιπέδου είναι μ=0,1, να βρείτε τα έργα των δυνάμεων που ασκούνται στο σώμα, όταν αυτό μετατοπίζεται κατά s=20 m πάνω στο επίπεδο. Δίνεται g=10 m/s 2. (Απ.: 4000 J, J, 0 J, J) 7. Δύο άνθρωποι βρίσκονται στις όχθες ενός ποταμού και σύρουν μια αρχικά ακίνητη βάρκα προς τα έξω, ασκώντας δυνάμεις μέτρων F 1=30 N και F 2=40 N αντίστοιχα, που είναι κάθετες μεταξύ τους. Να βρεθούν τα έργα των δυνάμεων για μετατόπιση της βάρκας κατά Δx=20 m. (Απ.: 360 J, 640 J, 1000 J) 8. Σώμα μάζας m=2 kg κινείται σε οριζόντιο επίπεδο με σταθερή ταχύτητα υπό την επίδραση οριζόντιας δύναμης F r. Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και δαπέδου είναι μ=0,2. α. Να βρείτε το έργο της δύναμης F r και της τριβής T r για μετατόπιση του σώματος κατά x=10 m. β. Ποιες ενεργειακές μετατροπές παρατηρούνται κατά την μετατόπιση του σώματος κατά x=10 m. Δίνεται g=10 m/s 2 (Απ.: 40 J, -40 J) Β. ΈΡΓΟ ΔΥΝΑΜΗΣ ΣΤΑΘΕΡΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΥ ΜΕΤΡΟΥ r 9. Σε ένα σώμα ασκείται οριζόντια δύναμη F που η αλγεβρική της τιμή δίνεται από τη σχέση F=20+5x (το F σε Ν και το x σε m), όπου x η απόσταση του σώματος από την r αρχική του θέση. Να βρείτε το έργο της F για μετατόπιση του σώματος από την θέση x=0 μέχρι την θέση x=4m. (Απ.: 120 J) 10. Ένας άνθρωπος σπρώχνει ένα κιβώτιο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο, με οριζόντια δύναμη της οποίας το αρχικό μέτρο είναι 100 N. Όσο μετατοπίζεται το κιβώτιο από την αρχική του θέση Α, η δύναμη του ανθρώπου, λόγω της κούρασης, μειώνεται με ρυθμό 10 Ν ανά μέτρο. Ζητάμε το έργο της F r για μετατόπιση του σώματος από την θέση x 1 = 2 m, ως την θέση x 2 = 5 m. (Απ.: 195 J) 11. Ένα σώμα είναι ακίνητο πάνω σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Στο σώμα ασκείται οριζόντια μεταβλητή δύναμη F r σταθερής διεύθυνσης. Να βρείτε το έργο της δύναμης για μετατόπιση του σώματος από την αρχική θέση x=0 μέχρι την θέση x=2 m, στις περιπτώσεις όπου η αλγεβρική τιμή της δύναμης δίνεται από τις σχέσεις: i ) F=4x ii ) F=10+2x iii) F=100-60x iv) F=20-20x (το F σε Ν και το x σε m). (Απ.: 8 J, 24 J, 80 J, 0 J)

3 Στο σχήμα φαίνεται η γραφική παράσταση των μεταβολών του μέτρου μιας δύναμης σταθερής οριζόντιας διεύθυνσης που ασκείται σε ένα σώμα που αρχικά ισορροπούσε σε οριζόντιο επίπεδο. Πόσο έργο παράγει αυτή η δύναμη πάνω στο σώμα για μετατόπιση κατά x=5 m. (Απ.: 25 J) 13. Σώμα μάζας m = 10 kg ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο. Το σώμα δέχεται δύναμη F r, με διεύθυνση που σχηματίζει με το επίπεδο, γωνία φ = 30 ο και το μέτρο μεταβάλλεται με την απόσταση x του σώματος από την αρχική θέση Α σύμφωνα με την σχέση F = 40+10x (το F σε Ν και το x σε m). Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ= 0,1, να βρείτε τα έργα της F r και της τριβής r T, για μετατόπιση του σώματος από x 1 = 2 m μέχρι x 2 = 6 m. Δίνεται g = 10 m/s 2. (Απ.: J, -24 J) 14. Ένα ελατήριο σταθεράς k=100 N/m και αρχικού μήκους l o επιμηκύνεται αρχικά κατά 5 cm και στην συνέχεια κατά άλλα 5 cm. Να βρείτε για κάθε μεταβολή του ελατηρίου, το έργο της δύναμης του ελατηρίου. (Απ.: J, J) Γ. ΘΕΩΡΗΜΑ ΜΕΤΑΒΟΛΗΣ ΚΙΝΗΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Θ.Μ.Κ.Ε) 15. Αν ένα σώμα μάζας 2 kg έχει στην θέση Α κινητική ενέργεια 20 J και ασκηθούν πάνω του δυνάμεις που μέχρι την θέση Β έχουν παράγει έργο 44 J, στην θέση Β πόση κινητική ενέργεια θα έχει και ποια θα είναι η τιμή της ταχύτητας του; 16. Ένα σώμα μάζας m = 2 kg ηρεμεί σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Στο σώμα ασκείται δύναμη μέτρου F = 10 Ν, που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ=60 ο. Να βρείτε την ταχύτητα του σώματος μετά από μετατόπιση κατά Δx = 3 m. (Απ.: 15 m/s) 17. Ένα σώμα βάλλεται προς τα πάνω κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου, γωνίας κλίσης φ = 45 ο με αρχική ταχύτητα μέτρου υ ο = 15 m/s. Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 0,8, να βρείτε: α. Το διάστημα s που θα διανύσει το σώμα ανεβαίνοντας.

4 94 β. Το μέτρο υ της ταχύτητας με την οποία θα επιστρέψει το σώμα στο σημείο βολής. Δίνεται g = 10 m/s 2. (Απ.: m, 5 m/s) 18. Σε σώμα που ηρεμεί σε λείο οριζόντιο επίπεδο, ασκείται οριζόντια δύναμη σταθερής διεύθυνσης, της οποίας η αλγεβρική τιμή μεταβάλλεται με την απόσταση x από την αρχική θέση, σύμφωνα με τη σχέση F=10 + 2x ( F σε N, x σε m). Να βρείτε την κινητική ενέργεια του σώματος μετά από μετατόπιση κατά x 1 = 4 m από την αρχική θέση. (Απ.: 56 J ) 19. Ένα σώμα μάζας 2 kg ηρεμεί σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Σε μια στιγμή δέχεται την επίδραση οριζόντιας δύναμης, που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως στο διάγραμμα που ακολουθεί. Για το διάστημα από 0-4 m να βρείτε: α. Την αρχική και τελική επιτάχυνση. β. Πόσο είναι το έργο της δύναμης F. γ. Ποια η τελική ταχύτητα του σώματος. (Απ.: 1 m/s 2 και 3 m/s 2, 16 Joule, 4 m/s) 20. Ένα σώμα μάζας 2 kg ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ=0,1. Σε μια στιγμή δέχεται την επίδραση οριζόντιας δύναμης, που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως στο διάγραμμα που ακολουθεί. Για το διάστημα από 0-5 m να βρείτε: α. Το μέτρο της τριβής. β. Το έργο της δύναμης F. γ. Η ταχύτητα του σώματος στη θέση x=5 m. δ. Σε ποια απόσταση από την αρχική θέση θα σταματήσει το σώμα; Δίνεται η επιτάχυνση της βαρύτητας g = 10 m/s 2. (Απ.: 2 N, 35 J, 5 m/s, 12.5 m)

5 Δύναμη F=50 N ενεργεί σε σώμα μάζας m=20 kg και το αναγκάζει να ολισθήσει σε οριζόντιο έδαφος. Το σώμα αποκτάει ταχύτητα υ=6 m/s όταν διανύσει διάστημα S=20 m. Να βρεθεί αν υπάρχει τριβή και να βρεθεί ο συντελεστής τριβής ολίσθησης. Δίνεται g=10 m/s 2. (Απ.: 0.16) 22. Σώμα μάζας m = 8 kg κινείται σε οριζόντιο επίπεδο με ταχύτητα μέτρου υ o=10 m/s. Στο σώμα στην οριζόντια διεύθυνση ασκείται μόνο η δύναμη τριβής από το επίπεδο. Να βρείτε το έργο της τριβής μέχρι το μέτρο της ταχύτητας του σώματος: α. Να γίνει υ = υ 0/2. β. Να μηδενιστεί. (Απ.: J, J) 23. Σώμα εκτοξεύεται από την βάση κεκλιμένου επιπέδου γωνίας κλίσεως φ=30 ο προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα μέτρου υ ο=20 m/s. Να υπολογίσετε το διάστημα που διανύει το σώμα στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να μηδενισθεί η ταχύτητά του. Δίνονται μ= 3/3 και g=10 m/s 2. (Απ.: 20 m) 24 *. Σε σώμα μάζας m = 10 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο, ασκείται δύναμη F r της οποίας η διεύθυνση σχηματίζει με το επίπεδο γωνία φ = Η αλγεβρική τιμή της δύναμης F r συνδέεται με την απόσταση x, από την αρχική θέση Α με την σχέση F=(40-10x). 2 ( F σε N, x σε m ). Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ του σώματος και του επιπέδου είναι μ=0,1, να βρείτε την ταχύτητα του σώματος στην θέση όπου μηδενίζεται η δύναμη F r. Δίνεται g=10m/s 2. (Απ.: 48 m/s) 5 25.(Δ. ΜΑΡΓΑΡΗΣ) Ένα σώμα Α μάζας Μ=2 kg ηρεμεί πάνω σε ένα τραπέζι, δεμένο στο άκρο αβαρούς νήματος. Το νήμα περνά από μια τροχαλία και στο άλλο του άκρο έχει δεθεί ένα δεύτερο σώμα Γ μάζας m 1 =0,3 kg. Το σώμα Γ βρίσκεται σε ύψος h=0,25 m από το έδαφος, όπως φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα. i) Να σχεδιαστούν όλες οι δυνάμεις που ασκούνται στα σώματα Α και Γ και να υπολογιστούν τα μέτρα τους. ii) Αντικαθιστούμε το σώμα Γ με άλλο σώμα Δ μάζας m 2=1 kg και το αφήνουμε να κινηθεί. Το σώμα Δ πέφτει στο έδαφος, όπου και σταματά, ενώ το σώμα Α διανύει απόσταση d=0,5m, πριν σταματήσει ξανά. α) Να εφαρμόστε το Θ.Μ.Κ.Ε. για την κίνηση: 1) του σώματος Α. 2) του σώματος Δ (μέχρι τη στιγμή που φτάνει στο έδαφος). 3) του σώματος Α για όσο χρόνο το νήμα είναι τεντωμένο. β) Με τη βοήθεια των παραπάνω εξισώσεων, να υπολογιστεί το μέτρο της τριβής ολίσθησης που ασκήθηκε στο σώμα Α στη διάρκεια της κίνησής του. iii) Με ποια ταχύτητα το σώμα Δ έφτασε στο έδαφος; Δίνεται g=10m/s 2.

6 96 (Απ.: 3 Ν, 4 Ν, 1 m/s) 26. Σε σώμα μάζας m=2 kg, που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο, ασκείται δύναμη μεταβλητού μέτρου με εξίσωση μεταβολής του μέτρου την F=2.x+8 (S.I.). Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ=0,2 και η δύναμη έχει οριζόντια διεύθυνση. Να υπολογίσετε την ταχύτητα του σώματος όταν θα έχει μετατοπιστεί κατά x=5 m. Δίνεται η επιτάχυνση της βαρύτητας g=10 m/s 2. (Απ.: 6.7 m/s) 27. Μια παιδική τσουλήθρα έχει μήκος d=5m και σχηματίζει γωνία θ=20 ο με το έδαφος. Ένα παιδί με μάζα m=20kg ξεκινά από την κορυφή της τσουλήθρας. Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης της τσουλήθρας είναι μ=0,2. α. Ποιο είναι το έργο της τριβής; β. Ποια θα είναι η ταχύτητα του παιδιού στην βάση της τσουλήθρας; γ. Πόσο χρόνο θα χρειαστεί το παιδί για να φτάσει στην βάση της τσουλήθρας; Δίνεται ημ20 ο =0,34, συν20 ο =0,94 και g=9,8m/s 2. (Απ.: -184J, 3.9m/s, 2.6s) Πανελλήνιος Διαγωνισμός Φυσικής (YLIKONET). Ένα σώμα μάζας 2 kg εκτοξεύεται από την βάση ενός κεκλιμένου επιπέδου κλίσεως θ=30, όπως φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί με αρχική κινητική ενέργεια Κ=36 J. Το σώμα δέχεται τριβή από το επίπεδο ίση με Τ=2 Ν. α) Ποια η αρχική ταχύτητα εκτόξευσης; β) Πόσο διάστημα διανύει το σώμα μέχρι να σταματήσει στιγμιαία; γ) Να υπολογίστε την κινητική ενέργεια με την οποία το σώμα επιστρέφει στη βάση του επιπέδου. Δίνεται g=10m/s 2 και ημθ=1/2. (Απ.: 6 m/s, 3 m, 24 J) Δ. ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΑΡΧΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Δ.Μ.Ε.) 29. Σώμα μάζας 2 kg αφήνεται να πέσει ελεύθερα από ύψος 20 m από το οριζόντιο επίπεδο. Ζητούνται: α. Η δυναμική ενέργεια του σώματος στην ανώτερη θέση του. β. Η κινητική ενέργεια του σώματος στην κατώτερη θέση. γ. Η ταχύτητα του σώματος σε ύψος h=15 m. δ. Η ταχύτητα του σώματος όταν φτάνει στο έδαφος. Δίνεται η επιτάχυνση της βαρύτητας g=10 m/s 2. (Απ.: 400 J, 400 J, 10 m/s, 20 m/s)

7 Από ύψος h πάνω από το έδαφος ρίχνονται δύο σώματα Α και Β με μάζες m και 2m αντίστοιχα. Το Α ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω και το Β οριζόντια με την ίδια αρχική ταχύτητα υ ο. Α. Ποιες από τις ακόλουθες προτάσεις είναι σωστές και ποιες λάθος; 1. Μεγαλύτερη δύναμη κατά την κίνησή του δέχεται το σώμα Β. 2. Τα δύο σώματα έχουν τις ίδιες επιταχύνσεις. 3. Το δύο σώματα θα φτάσουν στο έδαφος με την ταχύτητα ίδιου μέτρου. Β. Αν δίνονται m=1 kg, υ ο=10 m/s, g=10 m/s 2 και h=5 m, να βρείτε το έργο του βάρους καθώς και το μέτρο της ταχύτητας κάθε σώματος μέχρι να φτάσουν στο έδαφος. (Απ.: 50 J, 100 J, 10 2 m/s) 31. Μια αθλήτρια του σκι, ενώ βρίσκεται σε ηρεμία ξεκινά από το σημείο Α, κατεβαίνει την πλαγιά περνώντας από το σημείο Β, φτάνει στο σημείο Γ, ανεβαίνει στο τεχνητό σκάμμα, απογειώνεται και κάνει παγκόσμιο ρεκόρ όταν προσγειώνεται στο σημείο Ε. Τα ύψη, ως προς το οριζόντιο επίπεδο που διέρχεται από το σημείο Ε, στις διάφορες θέσεις από τις οποίες πέρασε, φαίνονται στο παρακάτω σχήμα. Θεωρήστε ότι η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας είναι g=10m/s 2 και ότι η αθλήτρια δεν χρησιμοποιεί καθόλου τα μπαστούνια του σκι για προώθηση. Χρησιμοποιείστε το σχήμα αυτό για να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις. α. Αν η μάζα της αθλήτριας είναι 50kg, βρείτε την κινητική και τη δυναμική της ενέργεια στις θέσεις Α, Γ, Δ και Ε (λίγο πριν συναντήσει το έδαφος). Αγνοήστε την τριβή και την αντίσταση του αέρα. β. Υπολογίστε την ταχύτητα της αθλήτριας στην θέση Γ. γ. Σε ποια από τις θέσεις Β και Δ η αθλήτρια έχει μεγαλύτερη ταχύτητα; Να αιτιολογήστε την απάντηση σας. δ. Αν στην θέση της αθλήτριας ήταν άλλος αθλητής με μάζα 80kg, ποια θα ήταν η ταχύτητά του στην θέση Γ; (Απ.: 50000J-0J, 15000J-35000J, 30000J-20000J και 0J-50000J, 37.4m/s, 37.4m/s) Πανελλήνιος Διαγωνισμός Φυσικής (YLIKONET). Μια μπάλα μάζας m=0,4kg εκτοξεύεται πλάγια με αρχική ταχύτητα υ ο=10m/s, από το σημείο Α σε ύψος h=15m, όπως στο σχήμα. Μετά από λίγο φτάνει με ταχύτητα υ 1=6m/s στο σημείο Κ της τροχιάς του. i) Πόσο απέχει από το έδαφος το σημείο Κ; ii) Πόσο είναι το έργο του βάρους στην διαδρομή ΑΚ; iii) Με ποια ταχύτητα φτάνει η μπάλα στο έδαφος; iv) Αν από το σημείο Α εκτοξευόταν η μπάλα κατακόρυφα προς τα πάνω με την ίδια ταχύτητα, με ποια ταχύτητα θα έφτανε στο έδαφος; Δίνεται η επιτάχυνση της βαρύτητας g=10m/s 2.

8 98 (Απ.: 18.2m, -12.8J, 20m/s, 20m/s) 33. Στο άκρο οριζόντιου ελατηρίου σταθεράς k=2 N/m είναι στερεωμένο σώμα Α μάζας 420 g. Αρχικά το ελατήριο είναι συσπειρωμένο κατά 70 cm και συγκρατείται στη θέση αυτή με νήμα. Σώμα Β μάζας 420 g που κινείται οριζόντια με ταχύτητα 4 m/s προσκρούει στο σώμα Α και κολλάει σ αυτό. Έτσι το ελατήριο συσπειρώνεται κι άλλο. Βρείτε: α. το ποσό της μηχανικής ενέργειας που έγινε θερμική, β. την ολική μέγιστη συσπείρωση του ελατηρίου. (Απ.: 50%,1.47 m) 34 (YLIKONET). 1. Ένα σώμα μάζας 2 kg ανεβαίνει κατά μήκος του λείου κεκλιμένου επιπέδου του σχήματος. Να συμπληρωθεί ο παρακάτω πίνακας, για τη δυναμική, κινητική και μηχανική ενέργεια, καθώς και για το έργο του βάρους. Δίνεται g=10m/s 2.(Σχήμα 1) 2. Ένα σώμα μάζας 4 kg κατεβαίνει κατά μήκος του λείου κεκλιμένου επιπέδου του σχήματος. Να συμπληρωθεί ο παρακάτω πίνακας, για τη δυναμική, κινητική και μηχανική ενέργεια, καθώς και για το έργο του βάρους. Δίνεται g=10m/s 2. (Σχήμα 2)

9 99 Σχήμα 1 Σχήμα 2 ΣΤ. ΙΣΧΥΣ 35. Ασανσέρ μάζας m=500 kg, ξεκινώντας από την ηρεμία, κατεβαίνει με σταθερή επιτάχυνση α=2 m/s 2 σε πηγάδι βάθους h=16 m. Να βρείτε: α. την τάση του συρματόσχοινου, β. το έργο της τάσης του συρματόσχοινου, γ. τη μέση ισχύ του κινητήρα του ασανσέρ. Δίνεται g=10 m/s 2. (Απ.: 4000 N, J, 16 kw) 36. Όχημα μάζας m=200 kg ξεκινά από την ηρεμία και με την βοήθεια του κινητήρα του επιταχύνεται. Αν η δύναμη του κινητήρα είναι F κιν=1000 Ν και οι αντιστάσεις που το όχημα δέχεται έχουν συνολική τιμή F αντ=200 Ν, να βρείτε για μετατόπιση του οχήματος κατά 200 m: α. τη μέση ισχύ του κινητήρα, β. την στιγμιαία ισχύ του τη στιγμή που το όχημα απέχει από το σημείο εκκίνησης 200 m, γ. το μέσο ρυθμό μετατροπής της προσφερόμενης ενέργειας σε θερμική ενέργεια. (Απ.: 20 kw, 40 kw, 4000 J/s) 37. Η ανθρώπινη καρδιά είναι μια πολύ καλή αντλία. Κάθε μέρα στην καρδιά εισρέουν και εκρέουν 7500 L αίματος. Το έργο που παράγεται από την καρδιά είναι περίπου ίσο με το έργο που απαιτείται για να ανυψωθεί αυτή η ποσότητα αίματος κατά το ύψος ενός μέσου ανθρώπου δηλ. 1,7 m περίπου.

10 100 α. Πόσο έργο παράγει η καρδιά σε μία ημέρα; β. Ποια είναι η ισχύς μιας ανθρώπινης καρδιάς; Δίνεται g=10 m/s 2. Να θεωρηθεί η πυκνότητα του αίματος ίση με 1 g/ml. (Απ.: 127 kj, 1.47 W) 38 (YLIKONET). Ένα σώμα μάζας 2kg βρίσκεται στο έδαφος (θέση Α) με μηδενική δυναμική ενέργεια. Σε μια στιγμή ασκούμε πάνω του μια κατακόρυφη δύναμη F=22Ν με αποτέλεσμα μετά από λίγο να βρίσκεται στη θέση Γ σε ύψος h=4,5m. Δίνεται g=10m/s 2. Για την παραπάνω μετακίνηση: i) Να υπολογίσετε τα έργα W F και W Β. ii) Να συμπληρωθεί ο πίνακας για την Κινητική, Δυναμική και Μηχανική ενέργεια. Θέση Κ (J) U (J) Ε ΜΗΧ (J) Α Γ iii) Ποιες προτάσεις είναι σωστές και ποιες λάθος. α) Στο σώμα δόθηκε ενέργεια μέσω του έργου της δύναμης F. β) Το έργο της δύναμης εκφράζει την αύξηση της δυναμικής ενέργειας. γ) Το έργο του βάρους ισούται με την αύξηση της δυναμικής ενέργειας του σώματος. iv) Πόσο χρόνο διαρκεί η κίνηση από το Α στο Γ; v) Να υπολογιστούν για την παραπάνω κίνηση: α) Η μέση ισχύς της δύναμης β) Η μέση ισχύς του βάρους. γ) Ο μέσος ρυθμός αύξησης της δυναμικής ενέργειας του σώματος. δ) Ο μέσος ρυθμός αύξησης της κινητικής ενέργειας του σώματος. vi) Για τη θέση Γ να βρεθούν: α) Η (στιγμιαία) ισχύς της δύναμης F. β) Η (στιγμιαία) ισχύς του βάρους. γ) Ο ρυθμός αύξησης της δυναμικής ενέργειας του σώματος. δ) Ο ρυθμός αύξησης της κινητικής ενέργειας του σώματος. (Απ.: 99 J και -90 J, 1 m/s 2 και 3 s, 30 W, -30 W, 30 J/s, 3 J/s, 60 W, -60 W, 60 J/s, 6 J/s) 39. Σώμα μάζας m=2 kg είναι ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο. Στο σώμα ασκείται οριζόντια δύναμη F r σταθερής διεύθυνσης της οποίας η αλγεβρική τιμή δίνεται από την σχέση F=10-2x ( F σε N, x σε m ), όπου x η απόσταση του σώματος από την αρχική θέση. Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ=0,1, να βρείτε: α. Την ταχύτητα του σώματος στην θέση x=2 m και την στιγμιαία ισχύ της δύναμης F εκείνη την στιγμή. β. Την ταχύτητα του σώματος στην θέση όπου η δύναμη F r μηδενίζεται. γ. Την μέγιστη ταχύτητα του σώματος. δ. Την θέση όπου μηδενίζεται η ταχύτητα του σώματος. Δίνεται g=10 m/s 2. (Απ.: 2 3 m/s-12 3 J/s, 15 m/s, 4 m/s, 8 m)

11 101 Ζ. ΈΡΓΟ ΔΥΝΑΜΗΣ ΤΟΥ ΕΛΑΤΗΡΙΟΥ 40. Σώμα μάζας m=2 kg είναι δεμένο στην ελεύθερη άκρη ιδανικού οριζόντιου ελατηρίου σταθεράς k=200 N/m. Μετακινούμε το σώμα μέχρι την θέση όπου το ελατήριο είναι επιμηκυμένο κατά x 1=0,2 m και το αφήνουμε ελεύθερο. Να βρείτε: α. Την ταχύτητα του σώματος στη θέση όπου το ελατήριο έχει το φυσικό του μήκος. β. Την ταχύτητα του σώματος στην θέση όπου το ελατήριο είναι συμπιεσμένο κατά x 2=0,1 m. γ. Την στιγμιαία ισχύ της δύναμης του ελατηρίου στην θέση x 2. Τριβές δεν υπάρχουν και επίσης δίνεται g=10 m/s 2. (Απ.: 2 m/s, 3 m/s, J/s) 41. Σώμα μάζας m=2 kg αφήνεται από το σημείο Α κεκλιμένου επιπέδου που απέχει από την ελεύθερη άκρη του ελατηρίου σταθεράς k=200 N/m απόσταση s=1m. Αν η γωνία του κεκλιμένου επιπέδου είναι φ=30 Ο, ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ= 3/6 και g=10 m/s 2, να βρείτε : α. Την μέγιστη ταχύτητα του σώματος. β. Την μέγιστη συσπείρωση του ελατηρίου. (Απ.: 9/4 m/s, 0,25 m) 42. Σώμα μάζας m=1 kg κινείται σε οριζόντιο επίπεδο. Το σώμα φτάνει στην ελεύθερη άκρη οριζόντιου ελατηρίου σταθεράς k=10 N/m με ταχύτητα μέτρου u o=4 m/s ίδιας διεύθυνσης με τον άξονα του ελατηρίου. Να βρείτε τη μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου όταν: α. Όταν το επίπεδο είναι λείο. β. Όταν στο σώμα ασκείται δύναμη τριβής μέτρου Τ=3 Ν. (Απ.: 4 10 /10 m, 1 m) 43. Σώμα μάζας m 1=1 kg ισορροπεί στην κορυφή κατακόρυφου ιδανικού ελατηρίου σταθεράς k=100 N/m του οποίου η άλλη άκρη βρίσκεται στερεωμένη στο έδαφος. Αν στην κορυφή του ελατηρίου τοποθετηθεί σώμα μάζας m 2=4 kg και η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι g=10 m/s 2, να βρείτε: α. Την μέγιστη ταχύτητα των δύο μαζών. β. Την μέγιστη επιπλέον συμπίεση του ελατηρίου. (Απ.: 4 5 /5 m/s, 0,8 m)