dv 2 dx v2 m z Β Ο Γ

Σχετικά έγγραφα
dx cos x = ln 1 + sin x 1 sin x.

L 2 z. 2mR 2 sin 2 mgr cos θ. 0 π/3 π/2 π L z =0.1 L z = L z =3/ 8 L z = 3-1. V eff (θ) =L z. 2 θ)-cosθ. 2 /(2sin.

3 + O. 1 + r r 0. 0r 3 cos 2 θ 1. r r0 M 0 R 4

) z ) r 3. sin cos θ,

1. Κίνηση Υλικού Σημείου

GMm. 1 2GM ) 2 + L2 2 + R L=4.5 L=4 L=3.7 L= 1 2 =3.46 L= V (r) = L 2 /2r 2 - L 2 /r 3-1/r

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2019

( Barbero 2013, European Journal of Physics, 34, df (z) dz

ΕΘΝΙΚΟ KAI ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ - ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ Μηχανική Ι (ακαδ. έτος , χειμερινό εξ.

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 3//7/2013 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΡΑΠΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

γ /ω=0.2 γ /ω=1 γ /ω= (ω /g) v. (ω 2 /g)(x-l 0 ) ωt. 2m.

GMR L = m. dx a + bx + cx. arcsin 2cx b b2 4ac. r 3. cos φ = eg. 2 = 1 c

Α. Η επιτάχυνση ενός σωματιδίου ως συνάρτηση της θέσης x δίνεται από τη σχέση ax ( ) = bx, όπου b σταθερά ( b= 1 s ). Αν η ταχύτητα στη θέση x

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΤΩΣΗ

ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΙΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Προτεινόμενο διαγώνισμα Φυσικής Α Λυκείου

F Στεφάνου Μ. 1 Φυσικός

ΦΥΣΙΚΗ. Α Λυκείου 14/ 04 / 2019 ΘΕΜΑ Α.

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ

Επαναληπτική άσκηση: Περιστροφή Κρούση - Κύλιση με ολίσθηση


minimath.eu Φυσική A ΛΥΚΕΙΟΥ Περικλής Πέρρος 1/1/2014

γραπτή εξέταση στο μάθημα

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΣΧΟΛΙΑ Η δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα προκαλεί μεταβολή της ταχύτητάς του δηλαδή επιτάχυνση.

εάν F x, x οµόρροπα εάν F x, x αντίρροπα B = T W T = W B

mv V (x) = E με V (x) = mb3 ω 2

GI_V_FYSP_4_ m/s, ξεκινώντας από το σημείο Κ. Στο σημείο Λ (αντιδιαμετρικό του Κ) βρίσκεται ακίνητο σώμα Σ 2 μάζας m2 1 kg.

Παίζοντας με ένα γιο γιο

Κεφάλαιο 6β. Περιστροφή στερεού σώματος γύρω από σταθερό άξονα

ΕΡΓΟ - ΕΝΕΡΓΕΙΑ F 2 F 3 F 1 F 4

Έργο Δύναμης Έργο σταθερής δύναμης

Δ3. Ο χρόνος από τη στιγμή που η απόστασή τους ήταν d μέχρι τη στιγμή που ακουμπά η μία την άλλη. Μονάδες 6

ΘΕΜΑ Β-1. Β. Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας.

Reynolds. du 1 ξ2 sin 2 u. (2n)!! ( ( videos/bulletproof-balloons) n=0


Επιμέλεια : Γαβριήλ Κωνσταντίνος Καθηγητής Φυσικής

ΕΡΓΟ ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ - ΙΣΧΥΣ

F mk(1 e ), όπου k θετική σταθερά. Στο όχημα ασκείται

ΘΕΜΑ Α Στις παρακάτω προτάσεις Α1-Α4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της κάθε μιας και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση:

ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

E = 1 2 k. V (x) = Kx e αx, dv dx = K (1 αx) e αx, dv dx = 0 (1 αx) = 0 x = 1 α,

v = r r + r θ θ = ur + ωutθ r = r cos θi + r sin θj v = u 1 + ω 2 t 2

O y. (t) x = 2 cos t. ax2 + bx + c b 2ax b + arcsin. a 2( a) mk.

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ ΜΕ ΝΕΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 2014

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΤΕΡΕΟΥ 2013

Συλλογή θεμάτων 3 & 4

Ευθύγραμμη ομαλή κίνηση

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 15/10/2012 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΡΑΠΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ ΚΥΚΛΙΚΟΥ ΔΙΣΚΟΥ ΕΠΙΒΡΑΔΥΝΟΜΕΝΟΣ ΑΠΟ ΔΥΟ ΑΒΑΡΗΣ ΡΑΒΔΟΥΣ

Μηχανικό Στερεό. Μια εργασία για την Επανάληψη

Εσωτερικές Αλληλεπιδράσεις Νο 3.

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

[1kgm 2, 5m/s, 3,2cm, 8rad/s][1kgm 2, 5m/s, 3,2cm, 8rad/s]

ΕΡΓΟ - ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΕΦΑΝΟΥ Μ. ΦΥΣΙΚΟΣ

F = y n cos xˆx + sin xŷ. W OABO = F d r. ds + sin(x)dy ds. dy ds = 1 π. ) n 1 cos(s) + sin(s)ds. dy ds = 0. ds = 1 &

ΚΥΚΛΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ. ΛΥΣΗ (α) Το οδόστρωμα στη στροφή είναι οριζόντιο: N. Οι δυνάμεις που ασκούνται πάνω στο αυτοκίνητο είναι:

Τα θέματα συνεχίζονται στην πίσω σελίδα

ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (Επαναληπτικός ιαγωνισμός)

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

Διαγώνισμα Φυσικής Α Λυκείου

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.1 ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Το ελαστικο κωνικο εκκρεμε ς

ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ ΜΕ ΝΕΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 2014

ΦΥΕ 14 5η ΕΡΓΑΣΙΑ Παράδοση ( Οι ασκήσεις είναι βαθμολογικά ισοδύναμες) Άσκηση 1 : Aσκηση 2 :

ΑΣΚΗΣΗ 5.1 Το διάνυσμα θέσης ενός σώματος μάζας m=0,5kgr δίνεται από τη σχέση: 3 j οπότε το μέτρο της ταχύτητας θα είναι:

2 Η ΠΡΟΟΔΟΣ. Ενδεικτικές λύσεις κάποιων προβλημάτων. Τα νούμερα στις ασκήσεις είναι ΤΥΧΑΙΑ και ΟΧΙ αυτά της εξέταση

ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ. Α5. α. Λάθος β. Λάθος γ. Σωστό δ. Λάθος ε. Σωστό

Έργο-Ενέργεια Ασκήσεις Έργου-Ενέργειας Θεώρηµα Μεταβολής της Κινητικής Ενέργειας. ΘΜΚΕ Μεταβλητή δύναµη και κίνηση

ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 22/03/2015 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: Γιάννης Τζαγκαράκης, Αλέξανδρος Στοιχειός

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στη Μηχανική I 2 Σεπτεμβρίου 2010

ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΛΞΗ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

2. Οι νόµοι της κίνησης, οι δυνάµεις και οι εξισώσεις κίνησης

1. Για το σύστηµα που παριστάνεται στο σχήµα θεωρώντας ότι τα νήµατα είναι αβαρή και µη εκτατά, τις τροχαλίες αµελητέας µάζας και. = (x σε μέτρα).

ΦΥΣΙΚΗ. συστήματος των σωμάτων Α και Β, τα οποίο βρίσκονται διαρκώς σε επαφή. m m 2F. 2 3m

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΒΟΛΗ ΘΕΩΡΙΑ

Φυσική για Μηχανικούς

Α' ΤΑΞΗ ΓΕΝ. ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ ÍÅÏ ÖÑÏÍÔÉÓÔÇÑÉÏ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗΝ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΒΟΛΗ ΚΑΙ ΟΜΑΛΗ ΚΥΚΛΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ

ΦΥΣΙΚΗ (ΠΟΜ 114) ΛΥΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΝΔΙΑΜΕΣΗ ΕΞΕΤΑΣΗ 2015

ΘΕΜΑΤΑ.

Διαγώνισμα Γ Λυκείου Θετικού προσανατολισμού. Διαγώνισμα Μηχανική Στερεού Σώματος. Σάββατο 24 Φεβρουαρίου Θέμα 1ο

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ 2015 ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΒΟΛΗ

A Λυκείου 9 Μαρτίου 2013

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 3/2/2016 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Σεπτέμβριος 2012

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Μηχανική Ι 22 Ιανουαρίου, 2019

5 η Εβδομάδα Έργο και κινητική ενέργεια. Ομαλή κυκλική κίνηση Έργο δύναμης Κινητική ενέργεια Θεώρημα έργου ενέργειας

Εισαγωγή στις Φυσικές Επιστήμες ( ) Ονοματεπώνυμο Τμήμα

Κεφάλαιο 2. Κίνηση κατά μήκος ευθείας γραμμής

υ r 1 F r 60 F r A 1

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ. ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΨΗΦΙΑΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΒΟΗΘΗΜΑ «ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ» 5 o ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΑΠΡΙΛΙΟΣ 2017: ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Χημείας Φυσική 1 1 Φεβρουαρίου 2017

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα. ΔΙΑΛΕΞΗ 09 Ροπή Αδρανείας Στροφορμή

Κεφάλαιο 11 ΣΥΝΤΗΡΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Επανεξέταση του αρμονικού ταλαντωτή

Oι νόμοι του Νεύτωνα

Transcript:

Μηχανική Ι Εργασία #2 Χειμερινό εξάμηνο 218-219 Ν Βλαχάκης 1 Στην άσκηση 4 της εργασίας #1 αρχικά για t = είναι φ = και η ταχύτητα του σώματος είναι v με φορά κάθετη στο νήμα ώστε αυτό να τυλίγεται στον πάσσαλο παραμένοντας τεντωμένο α Εστω ότι δεν υπάρχουν τριβές α 1 Βρείτε πως αλλάζει η γωνία φ με τον χρόνο α 2 Ποια η δύναμη που ασκεί το νήμα στο σώμα; Μέσω αυτής βρείτε την ακτίνα καμπυλότητας της τροχιάς και δείξτε ότι το στιγμιαίο κέντρο καμπυλότητας είναι το σημείο Α α 3 Βρείτε την στροφορμή ως προς το Ο και σχολιάστε γιατί αλλάζει με τον χρόνο β Εστω υπάρχει τριβή ολίσθησης με συντελεστή µ και η επιτάχυνση βαρύτητας είναι g β 1 Αιτιολογήστε γιατί το μέτρο της ταχύτητας του σώματος μειώνεται σαν v = v µgt β 2 Βρείτε πως αλλάζει η γωνία φ με τον χρόνο β 3 Βρείτε το έργο της τριβής και μέσω αυτού το μήκος που διανύει το σώμα σε χρόνο t β 4 Δείξτε ότι αν µ > v2 το σώμα σταματά πριν τυλιχθεί στον πάσσαλο όλο το μήκος του νήματος 2 Ενα αεροπλάνο προσγειώνεται στον διάδρομο έχοντας αρχικά οριζόντια ταχύτητα v Στο αεροπλάνο ασκούνται οι ακόλουθες δυνάμεις: βάρος mg, κάθετη αντίδραση N, δύναμη τριβής λόγω των φρένων μέτρου µn, όπου µ ο συντελεστής τριβής, δύναμη αντίστασης αέρα 1C 2 DρSv 2 όπου ρ η πυκνότητα αέρα, S η επιφάνεια των φτερών και C D ο συντελεστής αντίστασης, και δύναμη ανύψωσης 1C 2 LρSv 2 με φορά προς τα πάνω, όπου C L ο συντελεστής ανύψωσης dv 2 α Δείξτε ότι η εξίσωση που δίνει την ταχύτητα συναρτήσει της θέσης είναι dx v2 = 2µg, όπου x m x = Βρείτε την απόσταση που θα διανύσει το αεροπλάνο μέχρι να σταματήσει µc L C D ρs β Δείξτε ότι η εξίσωση που δίνει την ταχύτητα συναρτήσει του χρόνου είναι v = v2 2x µg Βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει το αεροπλάνο γ Εφαρμογή: g = 98 m/s 2, ρ = 12 kg/m 3, m = 2 kg, S = 5 m 2, C D = 5, C L = 7, µ = 6 και αρχική ταχύτητα v που αντιστοιχεί σε αρχική ισορροπία μεταξύ βάρους και δύναμης ανύψωσης Σε πόση απόσταση και σε πόσο χρόνο θα σταματήσει το αεροπλάνο; δ Για να σταματήσει διανύοντας μικρότερη απόσταση ενεργοποιούνται αυτόματα μόλις οι τροχοί ακουμπήσουν στο διάδρομο οι αποσβεστήρες άντωσης spoilers λόγω των οποίων αφενός μειώνεται ο συντελεστής ανύψωσης σε C L < C L και αφετέρου αυξάνεται ο συντελεστής αντίστασης σε C D > C D Σε πόση απόσταση και σε πόσο χρόνο θα σταματήσει τώρα αν C D = 1 και C L = 4; Ποια η επιβράδυνση που νοιώθουν οι επιβάτες; 3 Εστω πεδίο δύναμης F = 4 x 2 + y 2 + z 2 4 xˆx + yŷ + λzẑ, με λ σταθερά α Ποιο το έργο της F για την κλειστή διαδρομή του σχήματος Α Β Γ Δ Α; Οι ΒΓ και ΔΑ ανήκουν σε κύκλους με κέντρο το Ο και ακτίνα 2 και 1, αντίστοιχα β Με βάση το προηγούμενο αποτέλεσμα μπορούμε να κρίνουμε για ποια τιμή της σταθεράς λ ίσως η F είναι συντηρητική; Είναι πράγματι συντηρητική γι αυτή την τιμή του λ; Αν ναι, ποια η συνάρτηση δυναμικής ενέργειας V x, y, z; γ Εστω η δύναμη αυτή ασκείται σε σώμα που έχει στροφορμή L ως προς την αρχή του συστήματος αναφοράς Ο Για ποια τιμή της λ δεν αλλάζει την ˆx συνιστώσα της x στροφορμής; z Β Α Ο Γ y

Λύσεις Εργασία #2 1 Στην άσκηση 4 της εργασίας #1 βρέθηκε ότι η θέση είναι r = ˆϖ A + l φ ˆφ A, η ταχύτητα v = l φ φ ˆϖ A κάθετη στο νήμα και η επιτάχυνση a = [ φ 2 l φ φ ] ˆϖ A l φ φ 2 ˆφA α 1 Οι δυνάμεις που ασκούνται είναι το βάρος, η αντίδραση από το επίπεδο και η τάση του νήματος Ολες είναι κάθετες στην κίνηση και δεν παράγουν έργο Άρα το μέτρο της ταχύτητας μένει σταθερό και ίσο με την αρχική τιμή v, δηλ l φ φ = v Το μήκος l φ είναι θετικό και η φ είναι επίσης θετική αφού η γωνία αυξάνεται με τον χρόνο καθώς το νήμα τυλίγεται Άρα l φ φ = v l φdφ = [ t l φ 2 ] φ v dt = v t l φ = l 2 2v t φ = l l 2 2v t 2 Αλλιώς: Η συνισταμένη των δυνάμεων είναι η τάση του νήματος, άρα m a = T ˆφ A, οπότε πρέπει να μηδενίζεται η ˆϖ A συνιστώσα της επιτάχυνσης l φ φ = φ 2 d φ φdφ = l φ d ln φ = d ln l φ l φ φ = σταθερά Αυτή είναι η έκφραση του μέτρου ταχύτητας, το οποίο είναι αρχικά v Δηλ ισχύει l φ φ = v και συνεχίζουμε την ολοκλήρωση όπως πριν α 2 Η αντικατάσταση της φt στην έκφραση της επιτάχυνσης δίνει a = v2 l φ ˆφ A, οπότε ο νόμος Νεύτωνα δίνει την τάση T = m a = T ˆφ A με T = mv2 l φ Οπως αναμέναμε η επιτάχυνση είναι μόνο κεντρομόλος αφού το μέτρο της ταχύτητας είναι σταθερό και η mv 2 τάση παίζει το ρόλο της κεντρομόλου δύναμης, δηλ = T = l φ Άρα το κέντρο καμπυλότητας είναι το σημείο Α που απέχει από το Σ απόσταση l φ α 3 L = r m v = [ ˆϖ A + l φ ˆφ A ] m v ˆϖ A = mv l φẑ = mv l 2 2v tẑ Η στροφορμή δεν μένει σταθερή λόγω του ότι η τάση του νήματος ασκεί μη-μηδενική ροπή ως προς το Ο Η ροπή αυτή είναι r T = [ ˆϖ A + l φ ˆφ A ] T ˆφA = T ẑ και πράγματι ισχύει L = T β 1 Η κάθετη αντίδραση είναι ίση με το βάρος του σώματος mg, επομένως η τριβή F τ έχει μέτρο µmg και φορά αντίθετη της ταχύτητας, δηλ είναι F τ = µmgˆε, όπου ˆε = ˆϖ A το μοναδιαίο στην φορά της κίνησης Από τον νόμο Νεύτωνα m a = T + F τ η τάση του νήματος T είναι κάθετη στην κίνηση και παίζει τον ρόλο της κεντρομόλου δύναμης, ενώ η τριβή είναι πάνω στην τροχιά και δίνει επιτρόχια επιτάχυνση a ε = F τ m = µg Αφού a ε = v είναι v = µg v = v µgt β 2 l φ φ φ t = v µgt l φdφ = v µgtdt l 2 l φ 2 = v2 v µgt 2 µg/ φ = l l 2 2v t + µgt 2 β 3 Το έργο της τριβής είναι ίσο με την μεταβολή της κινητικής ενέργειας W τ = mv µgt 2 mv2 2 2 Επίσης είναι ίσο με W τ = mµgs αφού η τριβή έχει σταθερό μέτρο mµg και είναι πάντα αντίθετη της μετατόπισης οπότε T d r = T ds Άρα το μήκος που διανύει το σώμα σε χρόνο t είναι s = W τ mµg = v 2 v µgt 2 2µg Το ίδιο προκύπτει βέβαια από την σχέση s = t v dt με v = v µgt φ

β 4 Οταν το μήκος του νήματος που δεν έχει τυλιχθεί είναι l φ = l η ταχύτητα είναι v = v µgt και η σχέση μεταξύ τους έχει βρεθεί στο ερώτημα β 2 να είναι l 2 l 2 = v2 v 2 µg/ v2 = v 2 µg l2 + µg l2 Καθώς μειώνεται το l 2 μειώνεται και η v 2 Το ποια θα μηδενιστεί πρώτα καθορίζεται από την σταθερά v 2 µg l2 Αν αυτή είναι θετική, δηλ αν µ < v2, τότε ακόμα και για l 2 = η v 2 είναι θετική, άρα το νήμα τυλίγεται όλο η ταχύτητα του σώματος όταν φτάνει στον πάσσαλο, δηλ όταν l =, είναι v 2 µg l2 Αντίθετα, αν η σταθερά είναι αρνητική, δηλ αν µ > v2, τότε η ταχύτητα μηδενίζεται για κάποια θετική τιμή του l 2, άρα το σώμα σταματά πριν τυλιχθεί όλο το νήμα αυτό συμβαίνει όταν το νήμα έχει μήκος l = l 2 v2 µg Στην περίπτωση που η σταθερά είναι μηδέν, δηλ αν µ = v2, η ταχύτητα μηδενίζεται όταν l =, δηλ όλο το νήμα τυλίγεται και το σώμα φτάνει στον πάσσαλο με μηδενική ταχύτητα Συνεπώς μόνο αν µ > v2 δεν τυλίγεται όλο το νήμα 2 Η κίνηση είναι ευθύγραμμη, έστω στον άξονα x με φορά ˆx, δηλ v = vˆx με v = ẋ > Ο νόμος Νεύτωνα στην οριζόντια και κατακόρυφη κατεύθυνση δίνει m v = 1 2 C DρSv 2 µn και N = mg 1 2 C LρSv 2 α Με v = v dv dx = 1 dv 2 dv2 η εξίσωση κίνησης γράφεται 2 dx dx v2 m = 2µg, όπου x = x µc L C D ρs Η γενική λύση είναι v 2 = Ce x/x + 2µgx άθροισμα της λύσης της ομογενούς και μιας μερικής λύσης Από την αρχική συνθήκη v x= = v βρίσκουμε την σταθερά, οπότε v 2 = 2µgx 2µgx ve 2 x/x dv 2 Η διαφορική εξίσωση κίνησης θα μπορούσε να λυθεί και σαν χωριζόμενων μεταβλητών: dx = v2 2µg x v 2 dv 2 x dx v 2 2µgx οπότε = ln v 2 2µgx x v 2 2µgx = x Το απόλυτο φεύγει γιατί η ποσότητα v2 2µg x x v 2 είναι ίση με dv2, δηλ συνεχώς αρνητική dx Το αεροπλάνο σταματά v = αφού διανύσει απόσταση x ln 1 v2 2µgx Ανεξαρτήτως προσήμου του x η ταχύτητα ελαττώνεται και τελικά μηδενίζεται Ο μόνος περιορισμός είναι v 2 < 1 1 2µgx 2 C L C D /µ ρsv 2 < mg, ο οποίος ισχύει διότι για να κατεβαίνει το αεροπλάνο σίγουρα είναι 1 2 C LρSv 2 mg β Η εξίσωση προκύπτει άμεσα από τον νόμο Νεύτωνα Είναι χωριζόμενων μεταβλητών και είναι ισοδύναμη t v dv με dt = v v 2 /2x µg Αν µc L > C D x > το ολοκλήρωμα υπολογίζεται με την αλλαγή μεταβλητής v = ξ 2x µg, dv οπότε προκύπτει v 2 /2x µg = x 2dξ 2µg ξ 2 1 = x 1 2µg ξ 1 1 x dξ = ξ + 1 2µg ln ξ 1 ξ + 1 = x 2µg ln v 2x µg v + 2x µg = x 2µg ln 2x µg v 2x µg + v, αφού ισχύει v v < 2µgx όπως σχολιάστηκε πριν

x ισοδύναμα v < Δηλ t = 2x µg + v 2x µg v 2µg ln 2x µg v 2x µg + v και η ταχύτητα μηδενίζεται σε χρόνο x t = 2µg ln 2x µg + v 2x µg v Αν µc L < C D x < το ολοκλήρωμα υπολογίζεται με την αλλαγή μεταβλητής v = ξ 2x µg, οπότε dv προκύπτει v 2 /2x µg = 2x dξ µg ξ 2 + 1 = 2x µg arctan ξ = 2x µg arctan v 2x µg Δηλ 2x v η σχέση ταχύτητας χρόνου είναι t = arctan µg 2x µg arctan v και άρα η ταχύτητα 2x µg 2x μηδενίζεται σε χρόνο t = µg arctan v 2x µg Αν µc L = C D x = ο νόμος Νεύτωνα απλοποιείται σε v = µg οπότε v = v µgt και η ταχύτητα μηδενίζεται σε χρόνο t = v /µg Το αποτέλεσμα προκύπτει και σαν όριο των προηγούμενων περιπτώσεων για x ± γ Αρχική ισορροπία μεταξύ βάρους και δύναμης ανύψωσης: mg = 1 2 C LρSv 2 v = x = 91 m, 2mg C L ρs = 966 m/s, v 2 = 1 C D = 88 Το αεροπλάνο σταματά σε 32 s έχοντας διανύσει 1917 m 2µgx µc L v 2 δ x = 2381 m, = µc L C D = 33 Το αεροπλάνο σταματά σε 187 s έχοντας διανύσει 965 m 2µgx µc L Η επιβράδυνση σε g είναι v g = µ 1 v2 Επομένως μόνο με τα φρένα είναι αρχικά µ 1 v2 = 2µgx 2µgx 7, όταν σηκώνονται τα spoilers αλλάζει ακαριαία σε µ 1 v2 = 4 και στη συνέχεια αυξάνεται 2µgx μέχρι να απελευθερωθούν τα φρένα μέχρι την τιμή µ = 6 αν τα φρένα συνεχώς λειτουργούν μέχρι να σταματήσει το αεροπλάνο 3 α Για την διαδρομή Α Β είναι x = y =, z = 1 2, d r = dzẑ, F d r = 4λzz 2 4dz, άρα 2 W AB = 4λzz 2 4dz = λ [ z 4 8z 2] 2 = 9λ 1 1 Για την διαδρομή Β Γ είναι x = και y 2 + z 2 = 4, επομένως F = και W BΓ = Για την διαδρομή Γ Δ είναι x = z =, y = 2 1, d r = dyŷ, F d r = 4yy 2 4dy, άρα 1 W Γ = 4yy 2 4dz = [ y 4 8y 2] 1 = 9 2 2 Για την διαδρομή Δ Α είναι x = και y 2 + z 2 = 1 Μια βολική παραμετροποίηση είναι y = sin θ, z = cos θ με θ = π/2 Ετσι dy = cos θ dθ, dz = sin θ dθ, d r = cos θŷ sin θẑdθ, F = 12sin θŷ +λ cos θẑ, F d r = 12λ 1 sin θ cos θ dθ, άρα W A = 12λ 1 π/2 sin θ cos θ dθ = 6 6λ Η παραμετροποίηση που χρησιμοποιήθηκε είναι ουσιαστικά οι σφαιρικές συντεταγμένες Σε αυτές, η τροχιά Δ Α έχει r = 1, φ = π/2 και θ = π/2 Η στοιχειώδης μετατόπιση είναι d r = r dθ ˆθ με ˆθ = cos θ ŷ sin θ ẑ β Το ολικό έργο στην κλειστή διαδρομή είναι 15 15λ Αναγκαία συνθήκη για να είναι η F συντηρητική είναι να μηδενίζεται, δηλ λ = 1 Για λ = 1 η δύναμη είναι κεντρική, F = 4r 2 4 r = F rˆr με F r = 4r 3 16r, άρα είναι αστρόβιλη και συνεπώς συντηρητική Η συνάρτηση δυναμικής ενέργειας είναι V = F rdr = 8r 2 r 4 = 8x 2 + y 2 + z 2 x 2 + y 2 + z 2 2 μηδενίσαμε την αυθαίρετη προσθετική σταθερά

Στο ίδιο καταλήγουμε και αν δουλέψουμε σε καρτεσιανές, επιλύοντας το σύστημα των διαφορικών εξισώσεων V x = 4x x 2 + y 2 + z 2 4, V y = 4y x 2 + y 2 + z 2 4, V z = 4z x 2 + y 2 + z 2 4 Η ολοκλήρωση της πρώτης δίνει V = x 4 2x 2 y 2 + z 2 4 + Cy, z, η αντικατάσταση στην δεύτερη δίνει C y = 4yy2 + z 2 4 C = y 4 2y 2 z 2 4 + Dz και η αντικατάσταση στην τρίτη δίνει D y = 4zz2 4 D = z 4 + 8z 2 + C όπου C αυθαίρετη προσθετική σταθερά Άρα V = x 4 2x 2 y 2 + z 2 4 y 4 2y 2 z 2 4 z 4 + 8z 2 + C = 8x 2 + y 2 + z 2 x 2 + y 2 + z 2 2 + C Θα μπορούσαμε να δείξουμε ότι η F είναι συντηρητική ελέγχοντας αν είναι αστρόβιλη, δηλ αν F = Το να βρούμε όμως συνάρτηση V για την οποία ισχύει F = V είναι ταυτόχρονα απόδειξη ότι η δύναμη είναι αστρόβιλη, άρα συντηρητική γ Αφού ˆx ŷ ẑ L = r F πρέπει η ˆx συνιστώσα της ροπής r F = x y z να μηδενίζεται, δηλ πρέπει F x F y F z yf z = zf y λ = 1