# $ + L " = ml " ml! = ML " $ + ml " $ L " = ML/2(M + m) # $ (1) Eξάλλου, εάν L' α, L' σ είναι οι τελικές αποστάσεις του κέντρου µάζας C του

Σχετικά έγγραφα
i) το πλάτος ταλάντωσης του καροτσιού µετά την ενσωµάτωση του σφαιριδίου σ' αυτό και

Ένα σώµα µε µεγάλη µάζα Μ, κινείται µε σταθερή

i) την ενέργεια που πρέπει να προσφερθεί στο σφαιρίδιο,

όπου Α το πλάτος της ταλάντωσης, φ η αρχική της φάση και ω η γωνιακή της συχνότητα. Οι σχέσεις (2) εφαρµοζόµενες τη χρονική στιγµή t=0 δίνουν:

ii) Να δείξετε ότι το σφαιρίδιο εκτελεί µια µη αρµονική περιοδική ταλάντωση, της οποίας να υπολογίσετε την περίοδο.

και όταν φθάσει στο σηµείο Γ αρχίζει να κινείται στο κυκλικό του τµήµα που έχει την µορφή λείου τεταρτο κυκλίου ακτίνας R.

της οποίας ο φορέας σχηµατί ζει γωνία φ=π/6 µε την κατακόρυφη διεύθυνση και ανακλάται µε αντίστοιχη γωνία φ=π/4.

Οµογενής σφαίρα µάζας m και ατίνας R, ισορροπεί πάνω σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Κάποια στιγµή ενεργεί στην σφαίρα οριζόντια ώθηση!!

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κρούσεις - Αρµονική Ταλάντωση Ενδεικτικές Λύσεις Θέµα Α

, της οποίας το µέτρο ικανοποιεί τη σχέση:

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 25/09/16 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις Ενδεικτικές Λύσεις Θέµα Α

Δυναµική της κίνησης συστήµατος δύο σωµατιδίων

i) τον λόγο των µαζών των δύο σφαιριδίων, ώστε αυτά µετά την κρού ση τους να φθάνουν στις αρχικές τους θέσεις και

ΛΥΣΗ: Έστω O η θέση ισορροπίας του σφαιριδίου. Στη θέση αυτή το σφαι ρίδιο δέχεται το βάρος του w!, τη δύναµη F

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση ΙΙ - Κρούσεις Ενδεικτικές Λύσεις Θέµα Α

Τροχός ακτίνας R κυλίεται χωρίς ολίσθηση κατά µήκος οριζόντιου αυλακιού, το δε κέντρο µάζας του C έχει σταθερή ταχύτητα v!

Σελίδα 1 από 6 ΣΧΟΛΙΚΟ ΕΤΟΣ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΙΣ ΚΡΟΥΣΕΙΣ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΕΞΕΤΑΣΗΣ: 3 ΩΡΕΣ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ:...

α. β. γ. δ. Μονάδες 5 α. β. γ. δ. Μονάδες 5 α. ελαστική β. ανελαστική γ. πλαστική δ. έκκεντρη

2ο ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 14 Σεπτέµβρη 2014 Το σύστηµα Ελατηρίου - Μάζας / Κρούσεις. Ενδεικτικές Λύσεις. Θέµα Α

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ) ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

) ω ω. L λίγο πριν. . Nα βρεθούν:

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις Ενδεικτικές Λύσεις - Γ έκδοση

ΜΕΡΟΣ Γ! 2η οµάδα λυµένων παραδειγµάτων

ii) Nα βρείτε την µέγιστη γωνιακή ταχύτητα της ράβδου.

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ)

Ερωτήσεις του τύπου Σωστό /Λάθος

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΤΥΠΟΥ

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις

. Αυτό σηµαίνει ότι το κέντρο µάζας κινείται ευθύγραµµα µε σταθερή επιτάχυνση a! = F!

ΕΛΑΤΗΡΙΟ ΚΑΙ ΕΛΑΣΤΙΚΗ ΚΡΟΥΣΗ

Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 1 από 6

Ενδεικτικές Λύσεις. Θέµα Α. (α) υ 2 = 0

Ο δεύτερος νόµος του Νεύτωνα για σύστηµα µεταβλητής µάζας

του σφαιριδίου κατευθύνεται προς τα κάτω και σχηµατίζει µε την κατακόρυφη διεύθυνση γωνία φ.

4.1. Κρούσεις. Κρούσεις. 4.1.Ταχύτητες κατά την ελαστική κρούση Η Ορμή είναι διάνυσμα. 4.3.Κρούση και Ενέργεια.

όπου Μ η µάζα της Γης την οποία θεωρούµε σφαίρα οµογενή, G η παγκόσµια σταθερά της βαρύτητας και L!

4 η Εργασία (Ηµεροµηνία Παράδοσης: )

2ο ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 14 Σεπτέµβρη 2014 Το σύστηµα Ελατηρίου - Μάζας / Κρούσεις

i) Nα δείξετε ότι, κάθε στιγµή οι ταχύτητες των δύο πιθήκων ως προς το ακίνητο έδαφος είναι ίσες.

16. Να γίνει µετατροπή µονάδων και να συµπληρωθούν τα κενά των προτάσεων: α. οι τρεις ώρες είναι... λεπτά β. τα 400cm είναι...

προς ένα ακίνητο σωμάτιο α (πυρήνας Ηe), το οποίο είναι ελεύθερο να κινηθεί,

Κρούσεις. 1 ο ΘΕΜΑ.

κριτήρια αξιολόγησης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 1o Κριτήριο αξιολόγησης

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 25/09/16 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

i) Nα εκφράσετε την ταχύτητα της αλυσίδας σε συνάρτηση µε το µή κος x του τµήµατος, που έχει εγκαταλείψει την πλάκα.

Διαγώνισμα Φυσικής Γ Λυκείου Απλή αρμονική ταλάντωση Κρούσεις

Εκφώνηση 1. α). β). γ). Επιλέξτε τη σωστή πρόταση και αιτιολογείστε.

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (Επαναληπτικός ιαγωνισμός)

Ερωτήσεις στις κρούσεις

1ο ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Τετάρτη 12 Αυγούστου 2015 Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις. Ενδεικτικές Λύσεις - Οµάδα Α.

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

γ. Πόση επιτάχυνση θα έχει το σώμα τη στιγμή που έχει απομάκρυνση 0,3 m;

1ο ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Τετάρτη 12 Αυγούστου 2015 Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις. Ενδεικτικές Λύσεις - Οµάδα Β.

3ο ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 21 Σεπτέµβρη 2014 Το σύστηµα Ελατηρίου - Μάζας / Κρούσεις. Ενδεικτικές Λύσεις. Θέµα Α

α. Μόνο η ορμή του συστήματος των σωμάτων. β. Η ορμή και η κινητική ενέργεια του κάθε σώματος.

Διαγώνισμα Φυσικής Β Λυκείου. ~ Ορμή Διατήρηση ορμής ~

Σύνολο Σελίδων: έξι (6) - ιάρκεια Εξέτασης: 2,5 ώρες Σάββατο 23 Ιούλη 2016 Βαθµολογία % Ονοµατεπώνυµο: Θέµα Α

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Οµογενής ράβδος µάζας m και µήκους L, κρατεί ται οριζόντια ακουµπώντας σε σταθερή ακίδα που απέχει απόσταση x από το κέντρο µάζας C της ράβδου.

ΘΕΜΑ Α: ΔΙΑΡΚΕΙΑ: 180min ΤΜΗΜΑ:. ONOMA/ΕΠΩΝΥΜΟ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΘΕΜΑ 1 ο ΘΕΜΑ 2 ο ΘΕΜΑ 3 ο ΘΕΜΑ 4 ο ΣΥΝΟΛΟ ΜΟΝΑΔΕΣ

Κριτήριο αξιολόγησης: Κρούσεις Αμείωτες Μηχανικές Ταλαντώσεις

Υλικό σηµείο µάζας m, κινείται εντός δυναµικού πεδίου δεχόµενο ελκτική κεντρική δύναµη F!

ΕΡΓΑΣΙΑ 3 ΟΡΜΗ-ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΟΡΜΗΣ

Φυσική Θετικών Σπουδών Γ τάξη Ενιαίου Λυκείου 5 0 Κεφάλαιο

1. Κίνηση Υλικού Σημείου

Θεωρούµε στερεό σώµα που εκτελεί ως προς ένα αδρανειακό σύστηµα αναφοράς επίπεδη κίνηση.

Θετικό σηµειακό φορτίο q βρισκεται σε απόσταση D από το κέντρο µιας κοίλης µεταλλικής σφαίρας ακτίνας R (R<D), η οποία είναι προσγειωµένη.

ΣΧΟΛΙΚΟ ΕΤΟΣ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΙΣ ΚΡΟΥΣΕΙΣ ΚΑΛΟΚΑΙΡΙ ο ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΕΞΕΤΑΣΗΣ: 3 ΩΡΕΣ

ΕΝΟΤΗΤΑ 1.2: ΑΠΛΗ ΑΡΜΟΝΙΚΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ (ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ, ΑΡΧΙΚΗ ΦΑΣΗ, ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΑΤΗΡΙΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ, ΟΡΜΗ) ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Β

i) Nα βρείτε την επιτάχυνση του κέντρου της τροχαλίας τ 1.

A! Κινηµατική άποψη. Σχήµα 1 Σχήµα 2

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ 6 24

Κρούσεις. 5. Σε μια ελαστική κρούση δεν διατηρείται α. η ολική κινητική ενέργεια του συστήματος. β. η ορμή του συστήματος.

Kινηµατική άποψη της επίπεδης κίνησης

Θέµατα Φυσικής Θετικής & Τεχν. Κατεύθυνσης Β Λυκείου 2000

i) Να γράψετε τη διαφορική εξίσωση κίνησης του σώµατος και να δείξετε ότι δέχεται λύση της µορφής:

ΔΙΑΡΚΕΙΑ: 180min ΤΜΗΜΑ:. ONOMA/ΕΠΩΝΥΜΟ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΘΕΜΑ 1 ο ΘΕΜΑ 2 ο ΘΕΜΑ 3 ο ΘΕΜΑ 4 ο ΣΥΝΟΛΟ ΜΟΝΑΔΕΣ

1ο ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Τετάρτη 12 Αυγούστου 2015 Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις

γ. η κρούση είναι ανελαστική και κατά την κρούση η κατεύθυνση της κίνησης της πρώτης σφαίρας αναστρέφεται

=-v και dm=µdx, όπου dx η αυξηση του µήκους x του αιωρούµενου τµήµατος µεταξύ των χρονικών στιγµών t και t+dt, οπότε η σχέση (1) γράφεται:

ΨΗΦΙΑΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΒΟΗΘΗΜΑ «ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ» 1 o ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2018: ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ΕΡΓΑΣΙΑ 3 ΟΡΜΗ-ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΟΡΜΗΣ

από τον κατακόρυφο τοίχο, της οποίας ο φορέας είναι οριζόντιος και την δύναµη επα φής N!

7. Ένα σώμα εκτελεί Α.Α.Τ. Η σταθερά επαναφοράς συστήματος είναι.

Προτεινόμενο διαγώνισμα Φυσικής Α Λυκείου

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις Ενδεικτικές Λύσεις Β έκδοση Θέµα Α

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ.

, σταθερής κατεύθυνσης, της οποίας το µέτρο µεταβάλλεται µε τον χρόνο t, σύµφωνα µε την σχέση:

της µορφής:! F = -mk! r

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση ΙΙ - Κρούσεις

Θέµατα Φυσικής Θετικής & Τεχν. Κατεύθυνσης Β Λυκείου 2000

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2016 Α ΦΑΣΗ

1ο ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Τετάρτη 12 Αυγούστου 2015 Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις

ΕΡΓΟ - ΕΝΕΡΓΕΙΑ F 2 F 3 F 1 F 4

K K Q K K Q K K Q 0 K K Q 0 K Q K K 50J 100J K 50J

Κρούσεις. 1 ο ΘΕΜΑ. Φυσική Γ Θετ. και Τεχν/κης Κατ/σης. Θέματα εξετάσεων

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις

Transcript:

Mία σανίδα, µήκους L καί µάζας M, βρίσκεται πάνω σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Στο ένα άκρο της σανίδας πατάει άνθ ρωπος µάζας m και αρχίζει να κινείται προς το άλλο άκρο της. Kατά πόσο θα µετατοπιστεί η σανίδα ως προς το έδαφος, όταν ο άνθρωπος φθάσει στο άλλο άκρο της; ΛYΣH: Eπειδή το σύστηµα σανίδα-άνθρωπος είναι µηχανικά µονωµένο (το βά ρος του συστήµατος εξουδετερώνεται από την κατακόρυφη αντίδραση του λείου οριζοντίου επιπέδου το κέντρο µάζας του συστήµατος παραµένει στα θερό κατά την κίνηση του ανθρώπου από το ένα άκρο στο άλλο άκρο της σανί δας. (σχ.. Eάν L α, L σ είναι οι αρχικές αποστάσεις του κέντρου µάζας του συστήµατος από τον άξονα συµµετρίας του ανθρώπου και από τον άξονα συµ µετρίας της σανίδας αντιστοίχως, τότε θα έχουµε: ml = ML L + L = L/ L = ml /M L + L = L/ L = ml /M L L /M= L/ Σχήµα L = ml /M L (/M= L/ L = ML/(M L = ml/(m ( Eξάλλου, εάν L' α, L' σ είναι οι τελικές αποστάσεις του κέντρου µάζας του

συστήµατος από τον άνθρωπο και το µέσον σ της σανίδας αντιστοίχως, τότε θα έχουµε: ml' = ML' L' + L' = L/ από τις οποίες εύκολα φαίνεται και από τα προηγούµενα ότι, L α =L' α καί L σ =L' σ. Tέλος, εάν ΔL είναι η µετατόπιση της σανίδας ως προς το έδαφος στην διάρκεια που ο άνθρωπος κινείται από το ένα άκρο της στο άλλο, µε βάση το σχήµα (, θα ισχύει: L + L' = L/ + L L + L = L/ + L ( _ L= L/ + L - L L = L + L m ' - L M ' M M L = L M - M ' = L M - M ' L = M M ml M P.M. fysikos Ένα σώµα µάζας m ισορροπεί πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και έχει στερεωθεί στο ένα άκρο κατακορύφου ιδανικού ελα τηρίου σταθεράς k, στο άλλο άκρο του οποίου εφαρµόζεται δύναµη F, η οποία ενεργεί κατά τον άξονα του ελατηρίου έχει φορά προς τα πάνω το δε µέτρο της µεταβάλλεται µε τον χρόνο t σύµφωνα µε την σχέση: F = λt όπου λ σταθερή και θετική ποσότητα. i Εάν η δύναµη F ενεργεί επί χρόνο t * =3mg/λ, να δώσετε το διάγ ραµµα της συνισταµένης δύναµης που δέχεται το σώµα, σε συνάρτηση µε τον χρόνο. ii Να εκφράσετε την ταχύτητα του σώµατος σε συνάρτηση µε τον χρό νο και να σχεδιάσετε το διάγραµµα της σχέσεως που θα βρείτε. iii Να υπολογίσετε το έργο της F για χρόνο Δt=mg/λ, αφότου άρχι σε να ενεργεί επί του σώµατος. ΛYΣH: i Το σώµα παραµένει ακίνητο στο οριζόντιο επίπεδο, όταν το µέτρο της δύναµης F ικανοποιεί την σχέση: F mg t mg t mg / (

Είναι προφανές ότι για t mg/λ η συνισταµένη δύναµη επί του σώµατος είναι µηδενική. Όταν mg/λ t 3mg/λ το σώµα τίθεται σε κατακόρυφη κίνηση προς τα πάνω και η αλγεβρική τιµή της συνισταµένης δύναµης ικανοποιεί την σχέση: F = F - mg = t - mg ( Τέλος, όταν t>3mg/λ, για την συνισταµένη δύναµη ισχύει ΣF=-mg, αφού η δύναµη F δεν εξασκείται στο σώµα. Σύµφωνα µε τα παραπάνω η συνάρτηση ΣF=f (t θα έχει την µορφή:, t mg/ F = t - mg, mg/ t 3mg/ ' -mg, t > 3mg/ (3 Το διάγραµµα της ανωτέρω συνάρτησης έχει την µορφή του σχήµατος (3. Σχήµα Σχήµα 3 ii Όταν t mg/λ η ταχύτητα του σώµατος είναι µηδενική, ενώ για mg/λ t 3mg/λ η ταχύτητα θα προκύψει µε εφαρµογή του θεωρήµατος ώθησης-ορµής µεταξύ των χρονικών στιγµών mg/λ και t, οπότε θα έχουµε: mv = + F mv = F (4 όπου η αλγεβρική τιµή της ώθησης της συνισταµένης δύναµης για το θεω F ρούµενο χρονικό διάτηµα, Όµως η είναι ίση µε το εµβαδόν του τριγώνου F ΑΜt, δηλαδή ισχύει:

= µ(amt = F t - mg ( + t - mg ' * ( = (t - mg οπότε η σχέση (4 γράφεται: mv = (t - mg v = H (5 για t * =3mg/λ δίνει: m (t - mg (5 v * = m 3mg - mg' = mg (6 Εφαρµόζοντας εξάλλου το θεώρηµα ώθησης-ορµής µεταξύ των χρονικών στιγ µών 3mg/λ και t, παίρνουµε την σχέση: (6 mv - mv * = -mg(t - 3mg / mv - m g / = -mg(t - 3mg / v = mg - gt + 3mg = 5mg - gt (6 Σχήµα 4 Με βάση τα παραπάνω η συνάρτηση v=f (t έχει την µορφή:, t mg/ v = (t - mg /m, mg/ t 3mg/ 5mg / - gt, t > 3mg/ (7 Το διάγραµµα της ανωτέρω συνάρτησης έχει την µορφή του σχήµατος (4. iii To έργο W F της δύναµης F στο χρονικό διάστηµα από µηδέν έως mg/λ µετασχηµατίζεται σε αύξηση ΔΚ της κινητικής ενέργειας του σώµατος, σε αύξηση ΔU της βαρυτικής του δυναµικής ενέργειας και σε αύξηση ΔU της δυ ναµικής ενέργειας ελαστικής παραµόρφωσης του ελατηρίου, δηλαδή ισχύει η σχέση:

W F = K + U + U (8 Όµως για την αύξηση ΔΚ ισχύει: K = mv - = m + m mg * +, - mg(. ' -. K = m m 4 g 4 4 m = m3 g 4 8 (9 Για την αύξηση ΔU έχουµε: U = mgh όπου h η κατακόρυφη προς τα πάνω µετατόπιση του σώµατος την χρονική στιγµή t=mg/λ, για την οποία ισχύει: h = mg/ (vdt h = mg/ (t - mg dt m h = (t - mg3 6 m mg = m3 g 3 3 g 3 6 m = m g 3 3 Άρα U = m 3 g 4 / 3 ( Τέλος για την αύξηση ΔU έχουµε: U = kx / όπου Δx η επιµήκυνση του ελατηρίου από την φυσική του κατάσταση κατά την χρονική στιγµή t=mg/λ. Όµως την στιγµή αυτή µπορούµε να γράψουµε: kx = mg / = mg x = mg/k οπότε η προηγούµενη σχέση παίρνει την µορφή: U = k 4m g = m g k k ( Συνδυάζοντας τις σχέσεις (8, (9, ( και ( έχουµε: W F = m3 g 4 3 g 4 g 8 3 k

W F = m3 g 4 g 4 k mg = m g + ' 4 k P.M. fysikos Mια λεια σφαίρα µάζας m, κινείται µε σταθερή ταχύτητα µέτρου πάνω σε λείο οριζόντιο επίπεδο και συγκρούεται ελαστικά και µετωπικά µε ακίνητη λεια σφαίρα της ίδιας ακτίνας, µάζας m. i Eάν η χρόνος επαφής των δύο σφαιρών είναι Δt, να βρεθούν οι µέ σες δυνάµεις κρούσεως επί των δύο σφαιρών κατά τον χρόνο αυτό. ii Nα βρεθεί η µέγιστη ενέργεια ελαστικής παραµόρφωσης του συστή µατος των δύο σφαιρών. ΛYΣH: i Eάν V, V είναι οι ταχύτητες των σφαιρών µε µάζες m και m αντιστοίχως µετά την κρούση τους, οι φορείς των ταχυτήτων αυτών θα βρίσ κονται πάνω στη διάκεντρο των σφαιρών, αφού η κρούση τους είναι µετωπική. Tο ίδιο θα συµβαίνει και για τις δυνάµεις κρούσεως F και F που ενεργούν επί των σφαιρών στην διάρκεια του χρόνου Δt της επαφής τους. Eφαρµόζον τας για την σφαίρα µάζας m το θεώρηµα ωθησης-ορµής κατά τον χρόνο Δt, παίρνουµε την διανυσµατική σχέση: m V = + F t ( όπου F η µέση δύναµη κρούσεως που δέχεται η σφαίρα αυτή. Θεωρώντας ως θετική φορά επί της διακέντρου των δύο σφαιρών την φορά της ταχύτητας v, η διανυσµατική σχέση ( δίνει για τα µέτρα των V και F την σχέση: m V = F Δt F = m V /Δt ( Σχήµα 5 Όµως για την µετωπική και ελαστική κρούση των δύο σφαιρών ισχύει η αρχή διατήρησης της ορµής και η διατήρηση της κινητικής ενέργειας, δηλαδή θα έχουµε αντιστοίχως τις σχέσεις: και m = m V V m ( - V = m V (3 m + = m V V m ( - V = m V (4

Oι σχέσεις (3 και (4 αποτελουν ένα σύστηµα δύο εξισώσεων µε αγνώστους V και V, του οποίου η λύση δινει: V = m m (5 Συνδυάζοντας τις σχέσεις ( και (5 έχουµε: F = m m (m t Eίναι προφανές ότι η µέση δύναµη κρούσεως F επί της σφαίρας µάζας m, θα είναι αντίθετη της F (αξίωµα ισότητας δράσης-αντίδρασης, οπότε το µέτρο της θα δίνεται από την σχέση (6. ii Kατά την στιγµή που οι δύο σφαίρες έχουν υποστεί την µέγιστη παραµόρ φωσή τους, η µια είναι ακίνητη σε σχέση µε την άλλη, δηλαδή έχουν την ίδια ταχύτητα V K ως προς το ακίνητο έδαφος. Eφαρµόζοντας για το σύστηµα των δύο σφαιρών την αρχή διατήρησης της ορµής για την κατάσταση πριν την κρού ση και για την κατάσταση της µέγιστης παραµόρφωσής τους έχουµε την σχέση: m = m V K V K V K = m /(m (7 H µέγιστη ενέργεια W max ελαστικής παραµόρφωσης του συστήµατος των δύο σφαιρών είναι ίση µε την ελάττωση της κινητικής ενέργειας του συστήµατος κατά την στιγµή της µέγιστης παραµόρφωσης των σφαιρών, δηλαδή ισχύει η σχέση: (6 W max = m v + - (m V (7 W max = m v - (m m (m W max = m v - m (m = m v m - - m W max = m m (m P.M. fysikos Δύο σώµατα Σ και Σ µε αντίστοιχες µάζες m και m είναι στερεωµένα στις άκρες ιδανικού οριζοντίου ελατηρίου στα θεράς k και ισορροπούν πάνω σε λείο οριζόντιο επίπεδο. Eπί του σώ µατος Σ εξασκείται σταθερή οριζόντια δύναµη µέτρου F, της οποίας ο φορέας ταυτίζεται µε τον γεωµετρικό άξονα του ελατηρίου, η δε φορά της είναι τέτοια ώστε, το Σ να αποµακρύνεται του Σ. Nα βρεθεί η µέγιστη επιµήκυνση του ελατηρίου από την φυσική του κατάσταση.

ΛYΣH: Όταν στο σώµα Σ επιδράσει η οριζόντια δύναµη F αυτό θα τεθεί σε κίνηση πάνω στο λείο οριζόντιο επίπεδο, οπότε το ελατήριο θα τεντώνεται από την φυσική του κατάσταση, µε αποτέλεσµα να παρασύρει σε κίνηση και το σώµα Σ. Tο ελατήριο θα έχει υποστεί τη µέγιστη επιµήκυνσή του x max την στιγµή που το ένα σώµα ηρεµεί σε σχέση µε το άλλο, δηλαδή την στιγµή που έχουν ως προς το ακίνητο έδαφος την ίδια ταχύτητα v. Eφαρµόζοντας για το σύστηµα των δύο σωµάτων και του ελατηρίου το θεώρηµα ωθησης ορµής, κατά τον χρόνο t που το ελατήριο επιµηκύνεται, παίρνουµε την σχέση: (m v = m + F t (m v = F t (m v = Ft t = (m v/f ( Σχήµα 6 Eξάλλου, εφαρµόζοντας για το ίδιο σύστηµα το θεώρηµα µεταβολής της µηχανι κής ενέργειας παίρνουµε την σχέση: Fs = (m v / + kx max / ( όπου s η µετατόπιση του σώµατος Σ ως προς το ακίνητο έδαφος στον χρόνο t. Όµως στον χρόνο t το κέντρο µάζας του συστήµατος µετατοπίζεται από την θέ ση στη θέση (σχ. 6 κατά: (' = at / (' = Ft /(m (3 διότι το κέντρο µάζας εκτελεί οµαλά επιταχυνόµενη κίνηση εκ της ηρεµίας, µε επιτάχυνση a, της οποίας το µέτρο σύµφωνα µε τον δευτερο νόµο κίνησης του Νεύτωνα είναι ίσο µε F/(m +m. Eάν x, x είναι οι αποστάσεις του σώµατος Σ από το κέντρο µάζας στην αρχή και στο τέλος αντιστοίχως του χρόνου t (σχ. 6, τότε θα ισχύει: (' + x ' = x + s s = (' + x ' - x (4 Όµως οι αποστάσεις x και x', σύµφωνα µε ιδιότητα του κέντρου µάζας των σωµάτων Σ και Σ, ικανοποιούν τις σχέσεις:

x = L m /(m x' = (L + x max m /(m ( x' - x = (L + x m max L - m = x m max (5 m m m όπου L το φυσικό µήκος του ελατηρίου. Συνδυάζοντας τις σχέσεις (4, (3 και (5 παίρνουµε: s = Ft (m + x m ( max m s = F(m v F (m + x max m m s = (m v F + x max m m (6 H σχέση ( µε βάση την (6 γράφεται: F (m v F + x maxm = (m v m + kx max (m v + Fx m max = (m v m + kx max Fx max m m = kx max x max = Fm k(m P.M. fysikos Ένα µικρό βαγόνι µάζας m, ολισθαίνει χωρίς τρι βή πάνω σε οριζόντιες σιδηροτροχιές µε σταθερή ταχύτητα µέτρου. Eάν στο βαγόνι προστίθεται µετάλευµα µε σταθερό ρυθµό λ kg/s, να βρεθούν: i η ταχύτητα του βαγονιού σε συνάρτηση µε τον χρόνο, ii η µετατόπιση του βαγονιού σε συνάρτηση µε τον χρόνο, από την στιγµή που άρχισε να προστίθεται σ αυτό το µετάλευµα και iii η εξωτερική δύναµη που πρέπει να ενεργεί στο βαγόνι, ώστε να κινείται µε σταθερή ταχύτητα. ΛYΣH: i Eστω v η ταχύτητα του βαγονιού ύστερα από χρόνο t αφότου άρχι σε η εισροή µεταλεύµατος σ αυτό. Eπειδή το σύστηµα βαγόνι-προστιθέµενο µετάλευµα είναι µηχανικά µονωµένο κατά την οριζόντια διεύθυνση, η ορµή του συστήµατος διατηρείται κατά την διεύθυνση αυτή, οπότε η αρχική του

ορµή P θα είναι ίση µε την ορµή του P (t κατά την χρονική στιγµή t, δηλαδή θα ισχύει η σχέση: P = P (t m = (m + t v m = (m + tv v = m /(m + t ( ii Eάν ds είναι η στοιχειώδης µετατόπιση του βαγονιού, µεταξύ των στιγµών t και t+dt, θα ισχύει: v = ds dt ( ds dt = m m + t ds = m dt m + t ds = m d(m + t m + t ( Mε ολοκλήρωση της ( παίρνουµε την µετατόπιση s του βαγονιού σε χρόνο t, δηλαδή θα έχουµε: s = m d(m + t = m ln(m + t + (3 m + t H σταθερά ολοκλήρωσης θα προκύψει µε βάση την αρχική συνθήκη ότι, για t= είναι s=, οπότε η σχέση (3 γράφεται: = m lnm + = - m lnm (4 Συνδυάζοντας τις σχέσεις (3 και (4 παίρνουµε: s = m ln(m + t - m lnm s = m ln m + t ' (5 iii Έστω F η εξωτερική δύναµη που πρέπει να ενεργεί στο βαγόνι, ώστε η ταχύτητά του κατά την προσθήκη του µεταλεύµατος να µένει σταθερή και ίση µε v. Tότε θα ισχύει η διανυσµατική σχέση: m d v dt = F + dm v (6 dt όπου v η σχετική ταχύτητα του µεταλεύµατος ως προς το βαγόνι κατά την οριζόντια διεύθυνση κίνησής του και dm/dt ο σταθερός ρυθµός εισροής µετα λεύµατος στο βαγόνι. Όµως η επιτάχυνση d v /dt του βαγονιού είναι µηδενική και επιπλέον ισχύει v = - v, οπότε η σχέση (6 γράφεται: = F + dm dt (- F = dm = v dt m

δηλαδή η δύναµη F πρέπει να είναι οµόρροπη της, µε µέτρο λ. P.M. fysikos Δύο σωµατίδια µε µάζες m και m κινούνται µε σταθερές ταχύτητες v, v ως προς ένα αδρανειακό σύστηµα αναφο ράς Σ. i Nα δείξετε ότι η συνολική κινητική ενέργεια των σωµατιδίων στο σύστηµα αναφοράς Σ του κέντρου µάζας τους, δίνεται από την σχέ ση: K = m m v m - v ii Εάν κάποια στιγµή τα σωµατίδια συγκρούονται και µετά την κρούση τους αποκτούν ως προς το αδρανειακό σύστηµα αναφοράς σταθερές ταχύτητες v ', v ', να δείξετε ότι η µεταβολή της συνολικής κινητικής ενέργειας των σωµατιδίων στο σύστηµα αυτό, δίνεται από την σχέση: K= m m ' m v ' - v ' - v - Ποια µορφή παίρνει η παραπάνω σχέση στην περίπτωση που η κρού ση των σωµατιδίων είναι πλαστική; iii Εάν η κρούση των σωµατιδίων είναι µετωπική και µερικώς ανε λαστική, να δείξετε ότι ο συντελεστής κρούσεως e ικανοποιεί την σχέ ση: K= m m ' m ( e - v - v ΛYΣH: i Έστω ότι οι ταχύτητες v, v των σωµατιδίων µετασχηµατίζονται στο σύστηµα αναφοράς Σ του κέντρου µάζας τους στις ταχύτητες V, V αντιστοίχως. Εάν v είναι η ταχύτητα του κέντρου µάζας στο αδρανειακό σύ στηµα Σ, θα ισχύουν οι σχέσεις: V = v - v V = v - v Η συνολική κινητική ενέργεια K των δύο υλικών σηµείων στο σύστηµα ανα φοράς Σ είναι: K = m V V = m ( V V v ( V V ( (

K = m ( v - v ( v - v ( v - v ( v - v Όµως γιά την ταχύτητα v ισχύει η σχέση: (m v = m v v v = m v m v ( οπότε η ( παίρνει την µορφή: K = m v - m v m v v - m v m v K = K = m m v (m - ( v + m m v (m - ( v + m m v (m - m m v (m - ( v ( v K = m m (m v (m - Παρατήρηση: ( v K = m m ( v m - v (3 Στην σχέση (3 η διανυσµατική διαφορά v - v αποτελεί την σχετική ταχύτητα v της µάζας m ως προς την µάζα m, ενώ η ποσότητα m m /(m +m αποτελεί την λεγόµενη ενεργό µάζα του συστήµατος των δύο υλικών σηµείων, η οποία συµβολίζεται µε µ. Έτσι η σχέση (3 γράφεται: K = µv / ii Η κινητική ενέργεια των δύο σωµατιδίων στο σύστηµα αναφοράς Σ πριν την κρούση τους, δίνεται από την σχέση: K = K ( + m ( v (3 K = m m ( ' * ( v m - v + m ( v (4 Μετά την κρούση τους οι ταχύτητες των σωµατιδίων στο σύστηµα αναφοράς Σ µεταβάλλονται, ενώ η ταχύτητα του κέντρου µάζας τους παραµένει αναλλοίωτη διότι κατά την κρούση η ορµή του συστήµατος διατηρείται. Έτσι η συνολική κινητική ενέργεια των σωµατιδίων µετά την κρούση θα είναι:

K µ = m m ' ( v ' m - v ' + ( m ( v (5 H µεταβολή της κινητικής τους ενέργειας των σωµατιδίων λόγω της κρούσεώς τους θα είναι: (4,(5 K = K µ - K '( K = m m ' ( v ' m - v ' - m m ' ( v m - v K = m m ( ' v ' m - v ' * ( - ( v - v +,- K= m m ' m v ' - v ' - v - Εάν η κρούση των σωµατιδίων είναι πλαστική, τότε θα είναι v ' = v ' και η σχέση (6 παίρνει την µορφή: v (6 K= m m ' - v m - v K= - m m ' m v - v (7 iii H σχέση (6 µπορεί να πάρει την µορφή: K= m m ' m v - v v ' - v ' v - v - ' (8 Όµως στην περίπτωση της µετωπικής ανελαστικής κρούσεως των σωµατιδίων η ποσότητα -( v ' - v ' /( v - v αποτελεί τον συντελεστή κρούσεως e, οπότε η (8 δίνει την αποδεικτέα σχέση: ( K= m m ' e - v m - v P.M. fysikos