ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι - ΙΟΥΝΙΟΣ 2013 ΘΕΜΑΤΑ και ΛΥΣΕΙΣ

Σχετικά έγγραφα
ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι - ΙΟΥΝΙΟΣ 2013 ΘΕΜΑΤΑ και ΛΥΣΕΙΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6. Κεντρικές υνάµεις. 1. α) Αποδείξτε ότι η στροφορµή διατηρείται σε ένα πεδίο κεντρικών δυνάµεων και δείξτε ότι η κίνηση είναι επίπεδη.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. Συστήµατα Υλικών Σηµείων

ΚΕΦΑΛΑΙΑ 3,4. Συστήµατα ενός Βαθµού ελευθερίας. k Για E 0, η (1) ισχύει για κάθε x. Άρα επιτρεπτή περιοχή είναι όλος ο άξονας

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Φεβρουάριος 2013

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι - Εξεταστική Ιουνίου 2014

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι - ΙΟΥΝΙΟΣ Θέματα και Λύσεις. Ox υπό την επίδραση του δυναμικού. x 01

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Σεπτέμβριος 2012

Ποια μπορεί να είναι η κίνηση μετά την κρούση;

) z ) r 3. sin cos θ,

ΦΥΣ η ΠΡΟΟΔΟΣ 5-Μάρτη-2016

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Φεβρουάριος 2004

( ) = ke r/a όπου k και α θετικές σταθερές

Θέµατα Φυσικής Θετικής Κατεύθυνσης Β Λυκείου 1999 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Σάββατο 12 Νοεμβρίου Απλή Αρμονική Ταλάντωση - Κρούσεις. Σύνολο Σελίδων: Επτά (7) - Διάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες. Θέμα Α.

ΛΥΣΕΙΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΥ mu 1 2m. + u2. = u 1 + u 2. = mu 1. u 2, u 2. = u2 u 1 + V2 = V1

x sin 3x 3 sin 3x dx = 3 + C = ln x = x2 ln x d 2 2 ln x 1 x 2 x2 x2 e x sin x dx) e 3x 2x dx = ( 1 3 )x2 e 3x x 2 e 3x 3 2x 3 8x 2 + 9x + 1 4x + 4

Ενότητα 4: Κεντρικές διατηρητικές δυνάμεις

A e (t σε sec). Το πλάτος των ταλαντώσεων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Σεπτέµβριος 2004

Κίνηση πλανητών Νόµοι του Kepler

10. Παραγώγιση διανυσµάτων

2.2. Συµβολή και στάσιµα κύµατα. Οµάδα Γ.

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

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Σεπτέµβριος 2003

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

Θέμα 1 ο (Μονάδες 25)

Θέµατα Πανελληνίων Φυσικής Κατ ο Κεφάλαιο (µέχρι και Στάσιµα)

Κεφάλαιο 8. Βαρυτικη Δυναμικη Ενεργεια { Εκφραση του Βαρυτικού Δυναμικού, Ταχύτητα Διαφυγής, Τροχιές και Ενέργεια Δορυφόρου}

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.

ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 2012 ΘΕΜΑΤΑ Α

Στροφορµή. Αν έχουµε ένα υλικό σηµείο που κινείται µε ταχύτητα υ, τότε έχει στροφορµή

β. Το πλάτος της σύνθετης ταλάντωσης είναι : Α = (Α 1 ² + Α 2 ² + 2 Α 1 Α 2 συν φ) (φ = π rad) Α = (Α 1 ² + Α 2 ² + 2 Α 1 Α 2 συν π) Α = [Α 1 ² + Α 2

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ( εύτερη Φάση)

1. Ένα σώμα εκτελεί ΑΑΤ πλάτους Α. Η ταχύτητα του σώματος:

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

Ερωτήσεις Επαγωγής µε δικαιολόγηση

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

ΦΥΣ. 211 Τελική Εξέταση 10-Μάη-2014

Εισαγωγή στις Φυσικές Επιστήμες ( ) Ονοματεπώνυμο Τμήμα ΘΕΜΑ 1. x x. x x x ( ) + ( 20) + ( + 4) = ( + ) + ( 10 + ) + ( )

ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1 η εκάδα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Μηχανική Ι 22 Ιανουαρίου, 2019

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

Στις ερωτήσεις A1 - A4, να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα σε κάθε αριθμό το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

2ο ιαγώνισµα Α Τάξης Ενιαίου Λυκείου υναµική Ι - Βαρύτητα. Ενδεικτικές Λύσεις. Θέµα Α

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

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΑ ΠΕΡΙΟ ΟΥ ΝΟΕΜΒΡΙΟΥ- ΕΚΕΜΒΡΙΟΥ 2013 ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ-ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΤΜΗΜΑΤΑ: ΘΕΡΙΝΗΣ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑΣ

ΕΦΑΡΜΟΓΈΣ ΣΤΟΝ 2 ο ΝΟΜΟ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΕΠΑ.Λ. Β 29 ΜΑΪOY 2015 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Τηλ./Fax: , Τηλ: Λεωφόρος Μαραθώνος &Χρυσοστόµου Σµύρνης 3, 1

5ο ιαγώνισµα - Επαναληπτικό ΙΙ. Θέµα Α

Σύνθεση ή σύζευξη ταλαντώσεων;

i) Εάν η κρούση είναι µετωπική και πλαστική, να δείξετε ότι η τρο χιά του συσσωµατώµατος που δηµιουργείται είναι ελλειπτική.

Περι - Φυσικής. Επαναληπτικό ιαγώνισµα Β Τάξης Λυκείου Κυριακή 10 Μάη 2015 Βολή/Θερµοδυναµική/Ηλεκτρικό Πεδίο. Θέµα Α. Ενδεικτικές Λύσεις

Κρούσεις. 1 ο ΘΕΜΑ.

5ο ιαγώνισµα - Ταλαντώσεις / Κύµατα. Θέµα Α

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ. 2. Μια κρούση λέγεται πλάγια όταν: α. δεν ικανοποιεί την αρχή διατήρησης της ορμής.

4.3 Παραδείγµατα στην συνέχεια συναρτήσεων

Γ ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

Δυνάμεις μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων ΘΕΜΑ Δ

Ενδεικτικές ερωτήσεις Μηχανικής για τους υποψήφιους ΠΕ04 του ΑΣΕΠ

2.1 Τρέχοντα Κύματα. Ομάδα Ε.

Προγραμματισμένο διαγώνισμα Φυσικής κατεύθυνσης Γ Λυκείου Κυριακή 6 Απριλίου 2014

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΚΕΝΤΡΙΚΕΣ ΥΝΑΜΕΙΣ

Βασικές ασκήσεις στην ευθύγραμμη ομαλή κίνηση. 1. Να δίνονται βασικά στοιχεία της κίνησης.

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΕ ΣΥΝΘΕΤΗ ΚΙΝΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΥΟ ΣΩΜΑΤΩΝ (ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ + ΟΜΑΛΑ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ) Όνομα:...

Λαμβάνοντας επιπλέον και την βαρύτητα, η επιτάχυνση του σώματος έχει συνιστώσες

Περι - Φυσικής. Επαναληπτικό ιαγώνισµα Φυσικής Α Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 17 Μάη Θέµα Α. Ενδεικτικές Λύσεις

Σφαιρικά σώµατα και βαρύτητα

ΦΥΣ. 211 ΕΡΓΑΣΙΑ # 8 Επιστροφή την Τετάρτη 30/3/2016 στο τέλος της διάλεξης

ΕΥΤΕΡΑ 28 ΙΟΥΝΙΟΥ 1999 ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

lim είναι πραγµατικοί αριθµοί, τότε η f είναι συνεχής στο x 0. β) Να εξετάσετε τη συνέχεια της συνάρτησης f (x) =

2 ο Μάθημα Κίνηση στο επίπεδο

5. Ένα σώµα ταλαντώνεται µεταξύ των σηµείων Α και Ε. Στο σχήµα φαίνονται πέντε θέσεις Α,Β,Γ, και Ε, οι οποίες ισαπέχουν µεταξύ 1

Επαναληπτικό ιαγώνισµα Β Τάξης Λυκείου Κυριακή 10 Μάη 2015 Βολή/Θερµοδυναµική/Ηλεκτρικό Πεδίο

Βαρύτητα Βαρύτητα Κεφ. 12

Αρχές Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας (Διαλέξεις 7&8)

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (Επαναληπτικός ιαγωνισµός)

1ο ιαγώνισµα Β Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 15 Νοέµβρη 2015 Φυσική Προσανατολισµού - Μηχανική. Ενδεικτικές Λύσεις. Θέµα Α

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

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

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Διανύσματα - Διανυσματικές Συναρτήσεις

ΦΥΛΛΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ DOPLER ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ.. ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ

1. Η απομάκρυνση σώματος που πραγματοποιεί οριζόντια απλή αρμονική ταλάντωση δίδεται από την σχέση x = 0,2 ημ π t, (SI).

vi) Η δύναµη που δέχεται το σώµα στο σηµείο Ν έχει µέτρο 4Ν και

2.1 Τρέχοντα Κύµατα. Οµάδα.

Ε ρ ω τ ή σ ε ι ς σ τ ι ς μ η χ α ν ι κ έ ς τ α λ α ν τ ώ σ ε ι ς

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΥΜΑΤΑ-ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΤΕΡΕΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΝΙΚΟΣ ΣΑΜΑΡΑΣ ΝΙΚΟΣ ΚΟΥΝΕΛΗΣ ΘΕΜΑ Α

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11. Παγκόσµια έλξη

Φυσική Θετικής & Τεχνολογικής Κατεύθυνσης Γ Λυκείου 2001

Κεφάλαιο M4. Κίνηση σε δύο διαστάσεις

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 4 ΣΕΛΙ ΕΣ

Φυσική Θετικής & Τεχνολογικής Κατεύθυνσης Γ Λυκείου 2001 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

1. Ένα σώμα εκτελεί ΑΑΤ πλάτους Α. Η ταχύτητα του σώματος:

ΑΡΧΗ 1ης ΣΕΛΙΔΑΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΤΑΞΗ : Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ : ΑΥΓΟΥΣΤΟΥ 2018 ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ : 5

1) Πάνω σε ευθύγραµµο οριζόντιο δρόµο ένας τροχός κυλάει χωρίς να ολισθαίνει. Ποιες από τις παρακάτω σχέσεις είναι σωστές ;

Transcript:

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι - ΙΟΥΝΙΟΣ 13 ΘΕΜΑΤΑ και ΛΥΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Α1 Έστω ότι η κίνηση δύο ατόµων ενός µορίου µπορεί να περιγραφεί προσεγγιστικά από ένα δυναµικό της µορφής V a a 4 8 = +, a >, όπου > η σχετική απόσταση των ατόµων. α) Βρείτε τα σηµεία ισορροπίας (ένα ή περισσότερα) και την ευστάθειά τους β) Σχεδιάστε το δυναµικό και το διάγραµµα φάσεων γ) Ποια είναι η περίοδος των µικρών ταλαντώσεων γύρω από το ευσταθές σηµείο ισορροπίας; α) τα σηµεία ισορροπίας είναι οι θετικές (αφού >) ρίζες της εξίσωσης F dv 4a 16a d = 1/4 = + = = 5 9 = a Στην παραπάνω τιµή έχουµε ακρότατο του δυναµικού, και µάλιστα ελάχιστο αφού dv a 144a = + = > d a 6 1 = = άρα το σηµείο ισορροπίας είναι ευσταθές. β) Για το δυναµικό έχουµε lim V = +, lim V =, V( ) = 1/ 8, οπότε η γραφική του + παράσταση είναι η παρακάτω. ίνεται και το αντίστοιχο φασικό διάγραµµα, όπου για Ε< έχουµε ταλαντώσεις (κλειστές φασικές καµπύλες γύρω από το σηµείο ισορροπίας) και για Ε> οι φασικές καµπύλες ανοίγουν από τα δεξιά επιτρέποντας την κίνηση να πάει στο άπειρο. γ) Κοντά στο ευσταθές σηµείο ισορροπίας η µέθοδος διαταραχών µας δίνει την εξίσωση του αρµονικού ταλαντωτή ( ) d a a dv + = + = ω = = π 1/4 Άρα η περίοδος των ταλαντώσεων θα είναι T = = π a ω

ΘΕΜΑ Α (α) Υλικό σηµείο κινείται σε κυκλική τροχιά στο πεδίο κεντρικών δυνάµεων F () =, >. Αν απότοµα η σταθερά ελαττωθεί στο µισό, να δειχθεί ότι η τροχιά γίνεται παραβολική. (β) Σώµα µάζας m = 4 κινείται στο πεδίο απωστικών κεντρικών δυνάµεων 116 F () =. Αν τη χρονική στιγµή t = το σώµα βρίσκεται στη θέση = iˆ+ 3ˆj 4ˆ µε ταχύτητα u = i ˆ + ˆ j+ 3ˆ, να υπολογίσετε την ενέργεια του E και την στροφορµή του L τη χρονική στιγµή t =. (α) Η ταχύτητα u µε την οποία κινείται το σώµα σε κυκλική τροχιά στο πεδίο κεντρικών δυνάµεων F () = δίνεται από τη σχέση F ( ) u = m = m. Όταν η σταθερά ελαττωθεί στο µισό η ενέργεια το σώµατος γίνεται: 1 1 ( / ) E = mu + V( ) = m =. m Εποµένως έχουµε παραβολική τροχιά. (β) Η ενέργεια και η στροφορµή είναι ολοκληρώµατα της κίνησης οπότε η τιµή τους παραµένει σταθερή για κάθε χρονική στιγµή. Εποµένως η τιµή τους για t = είναι ίδια µε την τιµή τους για t =. Για t = έχουµε u = ( 1) + 1 + 3 = 11. Οπότε παίρνουµε = + 3 + ( 4) = 9 και 1 1 4 9 E = mu + = 411 + = 4, 9 iˆ ˆj ˆ L = m u = 4 3 4 = 4 (9+ 4) iˆ (6 4) ˆj+ (+ 3) ˆ = 5iˆ 8ˆj+ ˆ. 1 1 3 ΘΕΜΑ 3Α Θεωρούµε έναν τόπο Ο στην επιφάνεια του Βόρειου ηµισφαίριου της Γης στον οποίο επικρατούν χαµηλές πιέσεις σε σχέση µε τις γειτονικές του περιοχές. Λόγω της διαφοράς της πίεσης οι αέριες µάζες θα κινηθούν προς αυτό τον τόπο. Αφού ορίσετε σαφώς ένα

κατάλληλο καρτεσιανό σύστηµα συντεταγµένων να µελετήσετε λεπτοµερώς το φαινόµενο αυτό. Να εξηγήσετε πως θα κινηθούν αέριες µάζες που ξεκινούν να κινούνται προς τον τόπο Ο από τα τέσσερα σηµεία του ορίζοντα (Ανατολή, ύση, Βορράς, Νότος). Αν ο τόπος Ο βρισκόταν στο Νότιο ηµισφαίριο της Γης θα υπήρχαν αλλαγές στην εξέλιξη του φαινοµένου; Γιατί; Παράγραφος 9.8 στο βιβλίο «Θεωρητική Μηχανική, Τεύχος Α» του Ι.. Χατζηδηµητρίου ή παράγραφος 18.1 στο βιβλίο «Εισαγωγή στη Θ.Μ.» του Κ.Χ. Τσίγκανου ΘΕΜΑ 4Α ύο υλικά σηµεία µε µάζες m 1 και m βρίσκονται αρχικά σε απόσταση και ηρεµούν. Αφήνονται ελεύθερα και έλκονται µε τη δύναµη βαρύτητας που ασκεί το ένα στο άλλο. Να βρεθεί η σχετική ταχύτητα των δύο σωµάτων όταν θα βρεθούν σε απόσταση = /. Πόση είναι η απόλυτη ταχύτητα των δύο σωµάτων σ αυτή την απόσταση; Έστω Ο το κέντρο µάζας των δύο = - 1 σωµάτων το οποίο είναι ακίνητο, αφού δεν επιδρούν εξωτερικές δυνάµεις στο 1 Ο σύστηµα. Τα δύο σώµατα θα κινηθούν πάνω στην ευθεία που τα ενώνει (πχ ο άξονας Ο) και η σχετική τους κίνηση θα περιγράφεται από την εξίσωση Gm1m m1m µ = F1 µ =, µ = ( 1) m1+ m Το σύστηµα (1) µπορεί να περιγράφει τη κίνηση ενός σώµατος µάζας µ, µε ταχύτητα Gm1m =υσχ, στο δυναµικό V =. Συνεπώς έχουµε το ολοκλήρωµα της ενέργειας 1 Gm1m Gm1m E = ( E ) µυ = = σχ α ρχ Από την παραπάνω σχέση βρίσκουµε 1 1 Gm ( 1+ m) υσχ = Gm ( 1+ m) ( για = /) υσχ = όπου το µείον οφείλεται στο ότι < (µειώνεται η απόσταση των σωµάτων) Η απόλυτη ταχύτητα, υ 1 = 1και υ =, των σωµάτων προκύπτει από τις σχέσεις m m = = υ = m G 1 1 1 m1+ m m1+ m ( m1+ m) m m = = υ = m G 1 1 1 m1+ m m1+ m ( m1+ m)

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι - ΙΟΥΝΙΟΣ 13 ΘΕΜΑΤΑ και ΛΥΣΕΙΣ ΘΕΜΑ B1 Η κίνηση δύο ατόµων ενός µορίου µπορεί να περιγραφεί προσεγγιστικά από ένα a 1 a δυναµικό της µορφής V = +, a >, όπου > η σχετική απόσταση των ατόµων. 4 8 α) Βρείτε τα σηµεία ισορροπίας (ένα ή περισσότερα) και την ευστάθειά τους β) Σχεδιάστε το δυναµικό και το διάγραµµα φάσεων γ) Ποια είναι η περίοδος των µικρών ταλαντώσεων γύρω από το ευσταθές σηµείο ισορροπίας; α) τα σηµεία ισορροπίας είναι οι θετικές (αφού >) ρίζες της εξίσωσης 8 8 F = dv a a 5 9 d = + a = = = a Στην παραπάνω τιµή έχουµε ακρότατο του δυναµικού, και µάλιστα ελάχιστο αφού dv 4a 7 = + = > 6 1 d a = = 4 3a άρα το σηµείο ισορροπίας είναι ευσταθές. 3 β) Για το δυναµικό έχουµε lim V = +, lim V =, V( ) = a <, οπότε η γραφική + του παράσταση είναι η παρακάτω. ίνεται και το αντίστοιχο φασικό διάγραµµα, όπου για Ε< έχουµε ταλαντώσεις (κλειστές φασικές καµπύλες γύρω από το σηµείο ισορροπίας) και για Ε> οι φασικές καµπύλες ανοίγουν από τα δεξιά επιτρέποντας την κίνηση να πάει στο άπειρο. γ) Κοντά στο ευσταθές σηµείο ισορροπίας η µέθοδος διαταραχών µας δίνει την εξίσωση του αρµονικού ταλαντωτή + = + a = = 3 a ) dv 4 4 3 ( ω d = π π Άρα η περίοδος των ταλαντώσεων θα είναι T = = ω 4a

ΘΕΜΑ B (α) Υλικό σηµείο κινείται σε κυκλική τροχιά στο πεδίο κεντρικών δυνάµεων F () =, >. Αν απότοµα η σταθερά ελαττωθεί στο µισό, να δειχθεί ότι η τροχιά γίνεται παραβολική. (β) Σώµα µάζας m = 4 κινείται στο πεδίο απωστικών κεντρικών δυνάµεων 116 F () =. Αν τη χρονική στιγµή t = το σώµα βρίσκεται στη θέση = 3iˆ ˆj+ 4ˆ µε ταχύτητα u = 3ˆ i + ˆj ˆ, να υπολογίσετε την ενέργεια του E και την στροφορµή του L τη χρονική στιγµή t = 5. (α) Η ταχύτητα u µε την οποία κινείται το σώµα σε κυκλική τροχιά στο πεδίο κεντρικών δυνάµεων F () = δίνεται από τη σχέση F ( ) u = m = m. Όταν η σταθερά ελαττωθεί στο µισό η ενέργεια το σώµατος γίνεται: 1 1 ( / ) E = mu + V( ) = m =. m Εποµένως έχουµε παραβολική τροχιά. (β) Η ενέργεια και η στροφορµή είναι ολοκληρώµατα της κίνησης οπότε η τιµή τους παραµένει σταθερή για κάθε χρονική στιγµή. Εποµένως η τιµή τους για t = 5 είναι ίδια µε την τιµή τους για t =. Για t = έχουµε u = 3 + 1 + ( 1) = 11. Οπότε παίρνουµε = 3 + ( ) + 4 = 9 και 1 1 4 9 E = mu + = 411 + = 4, 9 iˆ ˆj ˆ L = m u = 43 4 = 4 ( 4) iˆ ( 3 1) ˆj+ (3+ 6) ˆ = 8iˆ+ 6ˆj+ 36ˆ. 3 1 1

ΘΕΜΑ 3B Θεωρούµε έναν τόπο Ο στην επιφάνεια του Βόρειου ηµισφαίριου της Γης στον οποίο επικρατούν χαµηλές πιέσεις σε σχέση µε τις γειτονικές του περιοχές. Λόγω της διαφοράς της πίεσης οι αέριες µάζες θα κινηθούν προς αυτό τον τόπο. Αφού ορίσετε σαφώς ένα κατάλληλο καρτεσιανό σύστηµα συντεταγµένων να µελετήσετε λεπτοµερώς το φαινόµενο αυτό. Να εξηγήσετε πως θα κινηθούν αέριες µάζες που ξεκινούν να κινούνται προς τον τόπο Ο από τα τέσσερα σηµεία του ορίζοντα (Ανατολή, ύση, Βορράς, Νότος). Αν ο τόπος Ο βρισκόταν στο Νότιο ηµισφαίριο της Γης θα υπήρχαν αλλαγές στην εξέλιξη του φαινοµένου; Γιατί; Παράγραφος 9.8 στο βιβλίο «Θεωρητική Μηχανική, Τεύχος Α» του Ι.. Χατζηδηµητρίου ή παράγραφος 18.1 στο βιβλίο «Εισαγωγή στη Θ.Μ.» του Κ.Χ. Τσίγκανου ΘΕΜΑ 4B ύο οµώνυµα φορτία +Q 1 και +Q, µε Q 1 =Q =Q και µάζες m 1 και m ( m1 m) βρίσκονται αρχικά σε απόσταση χωρίς αρχική ταχύτητα. Αφήνονται ελεύθερα και απωθούνται λόγω της απωστικής δύναµης Coulomb που ασκεί το ένα στο άλλο (και θεωρείται η µόνη δύναµη που δρα στα φορτία). Να βρεθεί η σχετική ταχύτητα των δύο φορτίων όταν θα βρεθούν σε απόσταση =. Πόση είναι η απόλυτη ταχύτητα των δύο φορτίων σ αυτή την απόσταση; Έστω Ο το κέντρο µάζας των δύο = - 1 φορτίων το οποίο είναι ακίνητο, αφού δεν επιδρούν εξωτερικές δυνάµεις στο 1 Ο σύστηµα. Τα δύο φορτία θα κινηθούν πάνω στην ευθεία που τα ενώνει (πχ ο άξονας Ο) και η σχετική τους κίνηση θα περιγράφεται από την εξίσωση Kηλ Q Q mm 1 µ = F1 µ =, µ = ( 1) m1+ m Το σύστηµα (1) µπορεί να περιγράφει τη κίνηση ενός σώµατος µάζας µ, µε ταχύτητα KηλQ =υσχ, στο δυναµικό V =. Συνεπώς έχουµε το ολοκλήρωµα της ενέργειας 1 K ηλq KηλQ E = µυ σχ + = ( = E α ρχ ) Από την παραπάνω σχέση βρίσκουµε KηλQ 1 1 Kηλ ( ) σχ Q µ µ υσχ = για = υ =

όπου θέσαµε το πρόσηµο + στην ταχύτητα αφού > (αυξάνεται η απόσταση των φορτίων) Η απόλυτη ταχύτητα, υ 1 = 1και υ =, των φορτίων προκύπτει από τις σχέσεις m m = = υ = Q mk ηλ 1 1 1 m1+ m m1+ m ( m1+ m) m 1 m m = = υ = Q mk 1 1 1 ηλ m1+ m m1+ m ( m1+ m) m