ΕΞΕΤΑΣΗ 30 ης ΜΑΪΟΥ 2016

Σχετικά έγγραφα
d 2 x = f (x, x). (t),x 2

ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΚΑΙ ΑΠΩΛΕΙΑ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΚΕΝΤΡΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΔΥΝΑΜΕΩΝ

ΚΕΝΤΡΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΔΥΝΑΜΕΩΝ

ΘΕΜΕΛΙΩΔΕΙΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΚΛΑΣΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΟΙ ΚΙΝΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΣΤΕΡΕΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ

ΕΡΓΟ ΕΝΟΣ ΠΕΔΙΟΥ ΔΥΝΑΜΕΩΝ

Φυσική Θετικών Σπουδών Γ τάξη Ενιαίου Λυκείου 2 0 Κεφάλαιο

Α. Ροπή δύναµης ως προς άξονα περιστροφής

Η ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΧΩΡΟΥ

ΜΑΘΗΜΑ 6ο Η ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΩΝ ΠΕΔΙΩΝ ΔΥΝΑΜΕΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ Ακαδημαϊκό έτος Καθηγητές: Σ. Πνευματικός Α. Μπούντης

Η ΟΡΜΗ, Η ΣΤΡΟΦΟΡΜΗ, Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ

ΟΙ ΑΡΧΕΣ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΟΡΜΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΣΤΡΟΦΟΡΜΗΣ. Sagredo : Δ εν υπάρχει αµφιβολία ότι η ορµή ενός σώµατος σε πτώση

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ. Μάθημα 1 ο : Συνοπτική ανασκόπηση βασικών προπτυχιακών εννοιών 1. ΤΟΠΟΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΕΥΚΛΕΙΔΕΙΩΝ ΧΏΡΩΝ

ΚΛΑΣΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ. Καθηγητής: Σ. ΠΝΕΥΜΑΤΙΚΟΣ ΜΕΡΟΣ Α ΘΕΜΕΛΙΩΔΕΙΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΚΛΑΣΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ. ΘΕΜΑΤΑ Α ΠΡΟΟΔΟΥ (Νοέμβριος 2011) 2 o2.

Σχόλιο. Κατασκευή των τροχιών της δισδιάστατης γραμμικής δυναμικής.

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ

ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΕΞΕΛΙΞΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ-ΧΡΟΝΟ

10. Παραγώγιση διανυσµάτων

Ερωτήσεις που δόθηκαν στις εξετάσεις των Πανελληνίων ως

1. Κινηµατική. x dt (1.1) η ταχύτητα είναι. και η επιτάχυνση ax = lim = =. (1.2) Ο δεύτερος νόµος του Νεύτωνα παίρνει τη µορφή: (1.

ΚΛΑΣΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ. ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟ ΕΤΟΣ Καθηγητές Α. Μπούντης Σ. Πνευματικός ΘΕΜΑΤΑ ΜΕΛΕΤΗΣ Β ΠΡΟΟΔΟΥ

ΚΛΑΣΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΣΤΕΡΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ

A! Κινηµατική άποψη. Σχήµα 1 Σχήµα 2

ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΔΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ 6

Και τα στερεά συγκρούονται

Το ελαστικο κωνικο εκκρεμε ς

w w w.k z a c h a r i a d i s.g r

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:

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στη Μηχανική ΙI 11 Ιουνίου 2012

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΟΛΛΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ

Κίνηση στερεών σωμάτων - περιστροφική

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

3. ΥΝΑΜΙΚΗ ΡΟΜΠΟΤΙΚΩΝ ΒΡΑΧΙΟΝΩΝ

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

ΜΑΘΗΜΑ 7: ΟΡΜΗ ΚΑΙ ΣΤΡΟΦΟΡΜΗ

Η ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΩΣ ΑΘΡΟΙΣΜΑ ΤΗΣ ΚΙΝΗΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΕΞΕΛΙΞΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ-ΧΡΟΝΟ

Στροφορµή. υο παρατηρήσεις: 1) Η στροφορµή ενός υλικού σηµείου, που υπολογίζουµε µε βάση τα προηγούµενα, αναφέρεται. σε µια ορισµένη χρονική στιγµή.


Κεφάλαιο M11. Στροφορµή

Η ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ

Μηχανική του στερεού σώματος

ΠΕΙΡΑΜΑ 8. Μελέτη Ροπής Αδρανείας Στερεών Σωµάτων

ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΕΞΕΛΙΞΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ-ΧΡΟΝΟ

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

ΨΗΦΙΑΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΒΟΗΘΗΜΑ «ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ» ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ

Μηχανική Στερεού Ασκήσεις Εμπέδωσης

τα βιβλία των επιτυχιών

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΑΥΕΘΥΝΣΗΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Α (ΘΕΡΙΝΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 09/03/2014

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

Θεωρητική μηχανική ΙΙ

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

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

ΕΡΓΑΣΙΑ 3 η. Παράδοση Οι ασκήσεις είναι βαθμολογικά ισοδύναμες

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

Διαγώνισμα Γ Λυκείου Θετικού προσανατολισμού. Διαγώνισμα Μηχανική Στερεού Σώματος. Τετάρτη 12 Απριλίου Θέμα 1ο

( ) ( ) ( )! r a. Στροφορμή στερεού. ω i. ω j. ω l. ε ijk. ω! e i. ω j ek = I il. ! ω. l = m a. = m a. r i a r j. ra 2 δ ij. I ij. ! l. l i.

Κεφάλαιο 11 Στροφορµή

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. Η ενέργεια ταλάντωσης ενός κυλιόμενου κυλίνδρου

( ) { } ( ) ( ( ) 2. ( )! r! e j ( ) Κίνηση στερεών σωμάτων. ω 2 2 ra. ω j. ω i. ω = ! ω! r a. 1 2 m a T = T = 1 2 i, j. I ij. r j. d 3! rρ. r! e!

ΦΥΣΙΚΗ Ι. ΤΜΗΜΑ Α Ευστάθιος Στυλιάρης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟN ΑΘΗΝΩΝ,, ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ ΣΤΕΡΕΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ. ΚΥΛΙΣΗ, ΡΟΠΗ και ΣΤΡΟΦΟΡΜΗ

Σύστημα σωμάτων vs Στερεό σώμα

Αποκλειστικά μόνο για Καθηγητές.

Τα σώματα τα έχουμε αντιμετωπίσει μέχρι τώρα σαν υλικά σημεία. Το υλικό σημείο δεν έχει διαστάσεις. Έχει μόνο μάζα.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Πτυχιακή εξέταση στη Μηχανική ΙI 20 Σεπτεμβρίου 2007

ΟΙ ΓΑΛΙΛΑΪΚΟΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΟ ΧΩΡΟ-ΧΡΟΝΟ

Στροφορµή. ΦΥΣ Διαλ.25 1

ΦΥΣ. 211 Τελική Εξέταση 10-Μάη-2014

ΟΡΜΗ, ΣΤΡΟΦΟΡΜΗ, ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Φεβρουάριος 2013

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

Για τις παραπάνω ροπές αδράνειας ισχύει: α. β. γ. δ. Μονάδες 5

ΑΣΚΗΣΕΙΣ 7 ης ΕΒΔΟΜΑΔΑΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. Ροπή και Στροφορµή Μέρος πρώτο

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΤΕΡΕΟ ΣΩΜΑ. Ταυτόχρονη διατήρηση της ορμής και της στροφορμής σε κρούση

ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

Παίζοντας με ένα γιο γιο

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

Σ 1 γράφεται ως. διάνυσµα στο Σ 2 γράφεται ως. Σ 2 y Σ 1

Σφαίρα σε ράγες: Η συνάρτηση Lagrange. Ν. Παναγιωτίδης

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΤΕΡΕΟΥ 2013

ΜΑΘΗΜΑ 3ο Η ΓΑΛΙΛΑΪΚΗ ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ Η ΝΕΥΤΩΝΕΙΑ ΑΡΧΗ ΤΟΥ ΝΤΕΤΕΡΜΙΝΙΣΜΟΥ

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

ΣΤΡΕΦΟΜΕΝΟΙ ΙΣΚΟΙ & ΠΕΡΙ ΣΤΡΟΦΟΡΜΗΣ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2019

Λύσεις των θεμάτων του Διαγωνίσματος Μηχανικης ΙΙ (29/8/2001) (3), (4), όπου, (5),, (6), (9), όπου,

ΨΗΦΙΑΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΒΟΗΘΗΜΑ «ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ» 5 o ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΜΑΡΤΙΟΣ 2017: ΘΕΜΑΤΑ

ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ : NOEMΒΡΙΟΣ 2016

ΦΥΣ. 211 Τελική Εξέταση 10-Μάη-2014

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Β ΛΥΚΕΙΟΥ (ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 19/03/2017 (ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ) ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ - Τμήμα Εφαρμοσμένων Μαθηματικών. «Μηχανική Συνεχούς Μέσου» (ΕΜ257) Εαρινό Εξάμηνο , Διδάσκων: Ι.

ΦΥΣΙΚΗ (ΜΗΧΑΝΙΚΗ-ΚΥΜΑΤΙΚΗ)

ΜΕΡΟΣ Α! Κινηµατική άποψη

ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ

Transcript:

ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ Μάθηµα: ΚΛΑΣΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Καθηγητές: Α Μπούντης - Σ Πνευµατικός ΕΞΕΤΑΣΗ 0 ης ΜΑΪΟΥ 016 ΘΕΜΑ I (5 µονάδες) Στερεό Σώµα Δίνεται ο τελεστής αδράνειας I: οµμογενούς στερεού σώµματος συνεχούς κατανοµμής µμάζας στην κανονική βάση του ευκλείδειου χώρου: 1 1 I ( e1, e, e = 1 1 ) 1 1 1 Πώς ορίζονται και ποιες είναι οι τιµμές των αδρανειακών ροπών αυτού του στερεού ως προς τους άξονες που διέρχονται από το αδρανειακό του κέντρο (κέντρο µμάζας) και καθορίζονται αντίστοιχα από τα διανύσµματα της κανονικής βάσης του ευκλείδειου χώρου; Προσδιορίστε µμια ορθοκανονική βάση του ευκλείδειου χώρου στην οποία ο πίνακας του τελεστή αδράνειας αυτού του στερεού να είναι διαγώνιος και δώστε την έκφρασή του:? 0 0 I ( ξ1, ξ, ξ = 0? 0 ) 0 0? Ποιες είναι οι τιµμές των αδρανειακών ροπών αυτού του στερεού σώµματος ως προς τους άξονες που διέρχονται από το αδρανειακό του κέντρο οι οποίοι καθορίζονται από τα αντίστοιχα διανύσµματα της βάσης που επελέγη στην προηγούµμενη ερώτηση; Διαπιστώστε σε ποια από τις ακόλουθες κατηγορίες υπάγεται αυτό το στερεό: (ι) σφαίρα, (ιι) σφαιροειδές, (ιιι) ελλειψοειδές Στα επόµμενα θεωρούµμε ότι η συνισταµμένη και ολική ροπή των εξωτερικών δυνάµμεων που ασκούνται σε αυτό το στερεό είναι µμηδενική, οπότε ισχύουν οι αρχές διατήρησης στροφικής κινητικής ενέργειας και στροφορµμής και, υπό αυτές τις προϋποθέσεις, η εξίσωση Eule διατυπώνεται ως εξής: I( ω(t)) + ω(t) I( ω(t)) = 0 Δώστε την έκφραση των δυο αρχών διατήρησης και της εξίσωσης Eule για το συγκεκριµμένο στερεό στο σύστηµμα αναφοράς της ορθοκανονικής βάσης που επιλέξατε στο ερώτηµμα 1 Δείξτε ότι, σε αυτό το σύστηµμα αναφοράς, η εξίσωση Eule που διέπει τη στροφική κίνηση αυτού του στερεού οδηγεί στο σύστηµμα εξισώσεων: ω (t) +κ ω, = 1,, ω Προσδιορίστε την τιµμή της σταθεράς κ και δώστε τη γενική λύση αυτού του συστήµματος Δώστε την έκφραση των αλγεβρικών εξισώσεων που ορίζουν τα ελλειψοειδή αδράνειας (στροφικής κινητικής ενέργειας και στροφορµμής) του συγκεκριµμένου στερεού στο σύστηµμα αναφοράς των κύριων αδρανειακών του αξόνων (υπάρχει εξάρτηση από τη σταθερή τιµμή Κ ο της στροφικής κινητικής ενέργειας, από το σταθερό µμέτρο Ω ο της στροφορµμής και από τις τιµμές των κύριων αδρανειακών ροπών) Ποια είναι η σχέση του διανύσµματος του οποίου το άκρο διαγράφει την τοµμή των δυο αυτών ελλειψοειδών εφόσον δεν είναι κενή µμε τη λύση των εξισώσεων Eule;

Περιγράψτε τη συµμπεριφορά του διανύσµματος γωνιακής ταχύτητας κατά τη στροφική κίνηση αυτού του στερεού στις ακόλουθες περιπτώσεις: () Κ =, () Κ = 4 Υπόδειξη Για το σκοπό αυτό παρατηρείστε ότι από το συνδυασµμό των εξισώσεων των ελλειψοειδών αδράνειας αυτού του στερεού προκύπτει η ακόλουθη εξίσωση ενός διπλού κώνου: ξ 1 + ξ + (c /c )ξ = 0, c Ω = I I K, =, Πώς θα χρησιµμοποιήσετε το διάνυσµμα γωνιακής ταχύτητας για να προβλέψετε σε κάθε µμελλοντική χρονική στιγµμή, µμε δεδοµμένες αρχικές συνθήκες, τη θέση και την ταχύτητα κάθε σηµμείου του στερεού; ΘΕΜΑ 1Ι (5 µονάδες) Κεντρικά πεδία δυνάµεων: Δυναµικό Keple Στο κεντρικό πεδίο δυνάµεων που ορίζεται από το δυναµικό Keple: U () = /, > 0, θεωρούµε σηµειακή µάζα m που κινείται µε δεδοµένες αρχικές θέση και ταχύτητα Όπως συµβαίνει στα κεντρικά πεδία δυνάµεων, η τροχιά της σηµειακής µάζας είναι επίπεδη και κατά τη διάρκεια της κίνησης, η ενέργεια και η στροφορµή της διατηρούνται σταθερές Στο επίπεδο κίνησης, εφοδιασµένο µε πολικές συντεταγµένες, θεωρούµε τα µοναδιαία διανύσµατα e και e θ που ορίζουν τη βάση του συστήµατος πολικών συντεταγµένων και το µοναδιαίο διάνυσµα e z που είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης Η ενέργεια και στροφορµή σε πολικές συντεταγµένες είναι: E = 1 m + 1 m θ, Ω = m = m θ e z 1 Δείξτε ότι κατά τη διάρκεια της κίνησης της σηµειακής µάζας στο πεδίο δυναµικού Keple, πέρα από την ενέργεια και τη στροφορµή, διατηρείται σταθερό το ακόλουθο διανυσµατικό µέγεθος: Α = 1 Ω e Υπολογίστε τις συνιστώσες αυτού του σταθερού διανύσµατος Α = Α 1 e + Α eθ και δώστε την έκφρασή τους χρησιµοποιώντας τη σταθερά C = θ που προκύπτει από το νόµο εµβαδών του Keple Κατόπιν, υπολογίζοντας το µέτρο του, δείξτε ότι η ενέργεια της σηµειακής εκφράζεται ως εξής: E = e 1 mc ( ) όπου e = Α Υπολογίζοντας το εσωτερικό γινόµενο του διανύσµατος Α µε το διάνυσµα θέσης της σηµειακής µάζας, και θέτοντας p = mc /, δείξτε ότι η πολική έκφραση της τροχιάς της είναι: p = 1+ ecsθ Αν x = (1,0,0) και v = (0,1,0) είναι οι αρχικές θέση και ταχύτητα της σηµειακής µάζας στο ευκλείδειο σύστηµα αναφοράς, υπολογίστε τις αριθµητικές εκφράσεις των σταθερών µεγεθών E, Ω, Α Με βάση αυτές, αποφανθείτε για τη γεωµετρική φύση της τροχιάς της σηµειακής µάζας

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ I 1 - Αδρανειακές ροπές: 1 1 I:, I ( e1, e, e = 1 1 ) 1 1 I xx = (y + z ) ρ(x,y,z) dxdydz =, I yy = (z + x ) ρ(x,y,z) dxdydz =, I zz = (x + y ) ρ(x,y,z) - Ιδιοτιµμές: λ 1 = λ = 1, λ = 4 Ορθοκανονική βάση ιδιοδιανυσµμάτων: dxdydz = - ξ 1 = (1, 1,0), ξ = 6 6 (1,1, ), ξ = 1 0 0 (1,1,1) I ( ξ1, ξ, ξ = 0 1 0 ) 0 0 4 - Κύριες αδρανειακές ροπές: = I = 1, I = 4 Σφαιροειδές - Αρχές διατήρησης εκφρασµμένες στην ορθοκανονική βάση ιδιοδιανυσµμάτων: Στροφορµμής: Στροφικής κινητικής ενέργειας: ξ 1 + I ξ + I ξ = σταθερά ξ 1 + ξ + 4 ξ = σταθερά ξ 1 + I ξ + I ξ = σταθερά ξ 1 + ξ +16 ξ = σταθερά - Εξίσωση Eule: I( ω(t)) + ω(t) I( ω(t)) = 0 Στην ορθοκανονική βάση ιδιοδιανυσµμάτων: ω 1 (t) + I I I ω (t) + I I ω (t) + I ( ) ω (t) ω ( ) ω ( ) ω 1 (t) ω ω 1 (t) + ω (t) ω ω (t) ω 4 ω - Επίλυση εξίσωσης Eule: ω ω (t) = c ω 1 (t) = c ω (t), ω (t) = c ω 1 (t) ω (t)) +κ ω, = 1,, κ = c (Ι Ι ) / Ι = c, ω (t)) + 9c ω, = 1, Γενική λύση εξίσωσης Eule: ω 1 (t) = a csκ t + b snκ t ω(t) : ω (t) = a snκ t b csκ t a,b,c ω (t) = c Συµμπέρασµμα: Το διάνυσµμα γωνιακής ταχύτητας του στερεού έχει σταθερή την τρίτη συνιστώσα του και το µμέτρο του Κατά την κίνηση του στερεού, το άκρο του διανύσµματος της γωνιακής του ταχύτητας διατρέχει τα σηµμεία της τοµμής των ελλειψοειδών αδράνειας (στροφικής κινητικής ενέργειας και στροφορµμής) τα οποία ορίζονται στις συντεταγµμένες του συστήµματος αναφοράς των κύριων αδρανειακών του αξόνων ως εξής: ξ 1 + I ξ + I ξ = Κ ξ 1 + ξ + 4 ξ = Κ, ξ 1 + I ξ + I ξ = Ω ξ 1 + ξ +16 ξ = Ω, (Κ ο είναι η σταθερή τιµμή της στροφικής κινητικής ενέργειας και Ω ο το σταθερό µμέτρο της στροφορµμής)

Από το συνδυασµμό των δυο αυτών εξισώσεων προκύπτει η εξίσωση ενός διπλού κώνου: ξ 1 + ξ + (c /c )ξ = 0, c Ω = I I K, =, () Κ = : ξ 1 + ξ + 4 ξ = 4, ξ 1 + ξ +16 ξ = 4 ξ = 0 ω Ο διπλός κώνος εκφυλίζεται στο ιδιοεπίπεδο της διπλής ιδιοτιµμής που είναι κάθετο στον ιδιοάξονα της απλής ιδιοτιµμής και τέµμνει το σφαιροειδές ενέργειας στον ισηµμερινό του κύκλο Το διάνυσµμα της γωνιακής ταχύτητας, διατηρείται σταθερό µμε µμηδενική την τρίτη του συνιστώσα και καταλήγει σε ένα από τα σηµμεία του ισηµμερινού κύκλου τα οποία προφανώς είναι σταθερά σηµμεία της εξίσωσης Eule Ο άξονας του διανύσµματος της γωνιακής ταχύτητας αποτελεί το σταθερό άξονα της οµμαλής περιστροφικής κίνησης που εκτελεί το στερεό () Κ = 4 : ξ 1 + ξ + 4 ξ = 4, ξ 1 + ξ +16 ξ = 16 ξ 1 + ξ = 0 ω 1 (t) = ω Ο διπλός κώνος εκφυλίζεται στον ιδιοάξονα της απλής ιδιοτιµμής, δηλαδή στον τρίτο κύριο αδρανειακό άξονα του στερεού σώµματος ο οποίος τέµμνει το σφαιροειδές ενέργειας σε ένα ζεύγος αντιδιαµμετρικών σηµμείων Το διάνυσµμα της γωνιακής ταχύτητας διατηρείται σταθερό, µμε διεύθυνση εκείνη του ιδιοάξονα, καταλήγοντας σε ένα από τα αντιδιαµμετρικά σηµμεία που προφανώς είναι σταθερά σηµμεία της εξίσωσης Eule Ο ιδιοάξονας αποτελεί το σταθερό άξονα της οµμαλής περιστροφικής κίνησης που εκτελεί το στερεό Σε κάθε µμια από τις προηγούµμενες περιπτώσεις, έχοντας το διάνυσµμα γωνιακής ταχύτητας: και λαµμβάνοντας υπόψη τη σχέση: ω(t) = ω 1 (t),ω (t),ω (t) ( ) L ω (t) ξ = ω(t) ξ, ξ, προσδιορίζουµμε τον αντίστοιχο αντισυµμµμετρικό τελεστή που στην κανονική βάση του ευκλείδειου χώρου εκφράζεται µμε τον πίνακα:: 0 ω (t) ω (t) L ω (t) = ω (t) 0 ω 1 (t) ω (t) 0 Προσδιορίζεται συνακόλουθα ο τελεστής περιστροφής του στερεού επιλύοντας την εξίσωση: S(t) = S(t) L ω (t), S(0) = I Ο τελεστής περιστροφής υποδεικνύει την στροφική τοποθέτηση του στερεού κατά την κίνησή του στο χώρο, αποδίδοντας σε κάθε χρονική στιγµμή ένα στοιχείο της οµμάδας στροφών του ευκλείδειου χώρου: S : I SO(), S(0) = I Αν R(t) είναι το διάνυσµμα θέσης του αδρανειακού κέντρου του στερεού και R (t) το διάνυσµμα θέσης ενός σηµμείου του στο ευκλείδειο σύστηµμα αναφοράς και R (t) είναι το διάνυσµμα θέσης του ίδιου σηµμείου ως προς το αδρανειακό κέντρο, η θέση αυτού του σηµμείου υποδεικνύεται κάθε στιγµμή της κίνησης ως εξής: R (t) = S(t) R (0) + R(t)

ΘΕΜΑ 1Ι 1 Από την εξίσωση του Νεύτωνα και την έκφραση του κεντρικού πεδίου δυνάµεων προκύπτει: F = m & F = e m = e Πολλαπλασιάζοντας διανυσµατικά τα δυο µέλη αυτής της σχέσης µε το σταθερό διάνυσµα της στροφορµής και λαµβάνοντας υπόψη την έκφραση της στροφορµής προκύπτει : Ω m = Ω e = m θ e z e = m θ e z e = m θ e θ = m e Ω = e Και επειδή κατά τη διάρκεια της κίνησης το διάνυσµα της στροφορµής είναι σταθερό, προκύπτει: d dt 1 Ω e = 0 Α σταθερό Οι συνιστώσες του σταθερού αυτού διανύσµατος υπολογίζονται ως εξής : Α = 1 Ω e = 1 ( e + θ e θ ) mc e z ( ) e = mc 1 e mc Υπολογίζοντας το τετράγωνο του µέτρου του προκύπτει η έκφραση της ενέργειας ως εξής : Α = mc 1 + mc e θ = mc 1 m + 1 mc mc +1= E +1 mc E +1= e E = ( e 1) mc Ένας απλός υπολογισµός του εσωτερικού γινοµένου οδηγεί στην γνωστή πολική έκφραση της τροχιάς της σηµειακής µάζας στο πεδίο δυναµικού Keple : < Α, > = mc & < Α, > = e csθ mc = e csθ p = e csθ p = 1+ ecsθ 4 Το συµπέρασµα, για τις δεδοµένες αρχικές συνθήκες θέσης και ταχύτητας, προκύπτει πλέον εύκολα αρκεί να εκφραστούν οι αρχικές αυτές συνθήκες στις πολικές συντεταγµένες του επιπέδου της κίνησης