Eάν L 1, L 2 είναι τα αντίστοιχα φυσικά µήκη των ελατηρίων ε 1 και ε 2 τότε για την απόσταση ΑΒ των σηµείων στήριξης των ελατηρίων θα έχουµε:

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

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

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

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:

i) την ενέργεια που πρέπει να προσφερθεί στο σφαιρίδιο,

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.

, της οποίας το µέτρο ικανοποιεί τη σχέση:

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

i) Nα βρεθεί η επιτάχυνση του κέντρου Κ της τροχαλίας την στιγµή t=0 αµέσως µετά την θραύση του νήµατος.

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

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

i) Να δείξετε ότι: F max = (m 1 + m 2 όπου! g η επιτάχυνση της βαρύτητας.

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

Ένα σώµα µε µεγάλη µάζα Μ, κινείται µε σταθερή

Δίνεται η ροπή αδράνειας I=mL 2 /3 της ράβδου ως προς τον άξονα περιστροφής της, η επιτάχυνση! g της βαρύτητας και ότι π 2!10.

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

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

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

ii) Nα βρείτε την µέγιστη γωνιακή ταχύτητα της ράβδου.

θα επιβρα δύνεται. Επειδή η F! /Μ και θα ισχύει η σχέση: /t!

Ένα διαστηµόπλοιο µάζας M, κινείται στο διά στηµα µε σταθερή ταχύτητα V!

ii) Nα υπολογιστεί η κινητική ενέργεια του συστήµατος σε συνάρτηση µε τον χρόνο. Δίνεται η επιτάχυνση! g της βαρύτητας.

i) Nα βρείτε την ταχύτητα του κέντρου της στεφάνης αµέσως µετά την κρού ση, η οποία θεωρείται βραχείας διάρκειας.

ii) ii) Nα καθορίσετε το είδος της ισορροπίας της ράβδου.

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

Κρούσεις. 1 ο ΘΕΜΑ.

από την άρθρωση και της δύναµης επαφής από τον τοίχο που αναλύεται στην στατική τριβη T!

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

διέρχεται από το σηµείο τοµής Ο των φορέων του βάρους w! της ράβδου και της οριζόντιας αντίδρασης A!

(τρίτος νόµος του Νεύτωνα) και την πλάγια αντίδραση του οριζόντιου εδάφους, η οποία αναλύεται στην τριβή ολίσθησης T!

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

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

( ) ( ) 2 1 K = K = m 2. ! = v 2 + v 1 R + r (3) H (1) λόγω της (3) γράφεται: R - v 2. + v 1. v 2. r > 0 (4) ! v K. + v 1 )R - v 2. = v 2. - v.

περί το κέντρο της σφαίρας, ονοµάζεται δε τριβή κυλίσεως. Tο µέτρο της τρι βής κυλίσεως είναι προφανώς ανάλογο του µέτρου της N,!

) ω ω. L λίγο πριν. . Nα βρεθούν:

(σχ. 1). Εφαρ µόζοντας για την µεταφορική συνιστώσα της κύλισης του δίσκου τον

ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ΚΑΙ ΚΡΟΥΣΗ

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

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις Σύνολο Σελίδων: Ενδεικτικές Λύσεις ευτέρα 3 Σεπτέµβρη 2018 Θέµα Α

ακτινικής διεύθυνσης και στην οριακή τριβή T!"

[50m/s, 2m/s, 1%, -10kgm/s, 1000N]

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

Θέμα 1ο Να σημειώσετε τη σωστή απάντηση σε καθεμία από τις παρακάτω ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής.

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ) ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

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

και κάποια στιγµή το ελατήριο συναντά κατακόρυφο τοίχο και αρχίζει να συµπιέζεται.

! =A'B=C!! C! = R" (1)

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 22 / 04 / 2018

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

Διαγώνισμα Φυσικής Γ Λυκείου Απλή αρμονική ταλάντωση Κρούσεις

Προτεινόμενα θέματα για τις εξετάσεις 2011

p1 p1 p1 p1 p1 p1 p1 mv m p1 m m p1

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΕΠΑ.Λ. Β 10 ΙΟΥΝΙΟΥ 2014 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΕΧΕΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΘΕΙ ΑΝΑ ΕΝΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΑΝΑ ΤΥΠΟ ΓΙΑ ΔΙΕΥΚΟΛΥΝΣΗ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΣΑΣ ΚΑΛΗ ΕΠΙΤΥΧΙΑ ΣΤΗ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ ΣΑΣ ΚΙ 2014

ΑΡΧΗ 1ης ΣΕΛΙΔΑΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΤΑΞΗ : Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ : ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 2017 ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ : 6

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

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

διέρχεται από το σηµείο Ο της ράβδου, υπό την επίδραση των βαρών m 1 από τον άξονα περιστροφής, που αναλύεται στην οριζόντια συνιστώσα!

ii) Nα βρεθεί η κινητική ενέργεια της σφαίρας, όταν το δοκάρι έχει µετατοπιστεί κατά S ως προς το έδαφος.

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

ΑΠΛΗ ΑΡΜΟΝΙΚΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ΠΛΑΓΙΑ ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΚΡΟΥΣΗ ΚΑΙ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ

i) Nα δείξετε ότι αν το σύστηµα αφεθεί ελεύθερο η τροχαλία τ 1 δεν µπορεί να κυλίεται, άλλά µόνο να ισσρροπεί ή να ολισθαίνει.

i) την µέγιστη ροπή του ζεύγους δυνάµεων που επιτρέπεται να ενερ γήσει επί του κυλίνδρου, ώστε αυτός να ισορροπεί και

Σ Α Β Β Α Ϊ Η Μ Α Ν Ω Λ Α Ρ Α Κ Η

i) Xρησιµοποιώντας το θεώρηµα µηχανικής ενέργειας-έργου να δείξε τε ότι η διαφορική εξίσωση της κίνησής του έχει την µορφή:

[ Απ. α) , β) µατος. Εκτρέπουµε το σύστηµα προς τα κάτω κατά x=0,5 m και το αφήνουµε ελεύθερο.

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ)

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

i) Nα αποδείξετε ότι το σώµα τελικά θα ηρεµήσει ως προς το δοκάρι και να βρείτε την κοινή τους ταχύτητα στο σύστηµα αναφοράς του εδάφους.

από τα σύρµατα λόγω της συµµετρίας τους ως προς την µεσοκάθετο θα δίνουν συνι σταµένη δύναµη F µε κατεύθυνση προς το Ο, που σηµαίνει ότι το σφαιρίδιο

i) Nα βρεθεί η επιτάχυνση του κέντρου του δακτυλιδιού. Σχήµα 1 Σχήµα 2 L C

των δύο σφαιρών είναι. γ.

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ

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

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

Δυναµική της κίνησης συστήµατος δύο σωµατιδίων

Ημερομηνία: Παρασκευή 27 Οκτωβρίου 2017 Διάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΡΟΠΕΣ

Q του νήµατος που το συγκρατεί, συµφωνα δε µε τον δεύτερο νό µο κίνησης του Νεύτωνα θα ισχύει η σχέση: της τάσεως!

ΤΕΣΤ 16. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας.

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

ως προς τον ατµολέβητα. Εάν η µάζα M του ατµού µεταβάλλεται µε τον χρόνο t σύµφωνα µε την σχέση:

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

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

. Εάν η κρούση της ράβ δου µε το οριζόντιο έδαφος είναι τελείως ελαστική, να βρείτε:

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

1. Σώμα που συγκρούεται ανελαστικά με άλλο σώμα δεμένο στο άκρο οριζοντίου ελατηρίου.

# $ + 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

2ο ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Παρασκευή 4 Σεπτέµβρη 2015 Το σύστηµα Ελατηρίου - Μάζας / Κρούσεις. Λύσεις. Θέµα Α

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ) ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 24/09/2017 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

g, την δύναµη F! από το παραµορφωµένο ελατήριο και την πλάγια αντίδραση A από το οριζόντιο έδαφος, η οποία αναλύεται στην στατική τριβή T!

ΘΕΜΑ 1ο Στις ερωτήσεις 1 4 να επιλέξετε τη σωστή απάντηση

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ (ΝΕΟ ΣΥΣΤΗΜΑ) 23 ΜΑΪOY 2016 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

. Εάν η σφαίρα κυλίεται πάνω στο δοκάρι να βρείτε: i) την επιτάχυνση του δοκαριού και του κέντρου της σφαίρας, στο σύστηµα αναφοράς του δαπέδου και

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

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

i) Να δείξετε ότι η κίνηση του συστήµατος των δύο σφαιριδίων είναι περιοδική και να υπολογίσετε την περίοδο της.

ii) Έαν αρχικά ο δίσκος κρατείται στην θέση, όπου η ΟΚ είναι οριζόν τια και αφεθεί ελευθερος να βρεθούν οι επιταχύνσεις a!

ΚΡΟΥΣΕΙΣ. 1 ο ΘΕΜΑ. Ομογ. 2002

Transcript:

Tο µικρό σώµα του σχήµατος (1) έχει µάζα m και συγκρατείται στο λείο οριζόντιο έδαφος σε τέτοια θέση, ώστε τα ελατήρια ε 1 και ε να είναι τεντωµένα κατά α απο την φυσική τους κατάσταση. i) Eάν k, k είναι οι σταθερές των ελατηρίων ε 1 και ε αντιστοίχως να βρείτε την θέση ισορροπίας του σώµατος, ii) Να βρείτε την εξίσωση της κίνησής του σώµατος. όταν αφεθεί ελεύ θερο να ταλαντωθεί, λαµβάνοντας ως θετική φορά την φορά της απο µάκρυνσής του την στιγµή t= που αφήνεται ελεύθερο. iii) Eάν κάποια στιγµή που το σώµα διέρχεται από την θέση ισορρο πίας του σφήνώνεται κατακόρυφα σ αυτό βλήµα µάζας Μ µε ταχύ τητα µέτρου v, να βρεθεί η απώλεια κινητικής ενέργειας λόγω της πλαστικής κρούσεως. ΛΥΣΗ: i) Ας δεχθούµε ότι στην θέση ισορροπίας Ο του σώµατος τα ελα τήρια ε 1, ε είναι αντίστοιχα τεντωµένα κατά x 1 και x από την φυσική τους κατάσταση (σχ. 1) Στην θεση αυτή το βάρος m g του σώµατος εξουδε τερώνεται από την αντίδραση N του λείου οριζόντιου εδάφους οι δε δυνά µεις F 1,, F, που δέχεται το σώµα από τα τεντωµένα ελατήρια είναι αντί θετες, δηλαδή ισχύει η σχέση: F 1, = F, kx 1 = kx x 1 = x (1) Σχήµα 1 Eάν L 1, L είναι τα αντίστοιχα φυσικά µήκη των ελατηρίων ε 1 και ε τότε για την απόσταση ΑΒ των σηµείων στήριξης των ελατηρίων θα έχουµε:

AB = L 1 + L + x 1 + x " AB = L 1 + L + + $ x 1 + x = () Aπό τις σχέσεις (1) και () προκύπτει ότι: x = / 3 < και x 1 = 4 / 3 > που σηµαίνει ότι η αρχική θέση στην οποία συγκρατείται το σώµα βρίσκε ται αριστερά της θέσεως ισορροπίας του Ο σε απόσταση X για την οποία ισχύει: X = x 1 - = 4 / 3 - = / 3 (3) ii) Eξετάζουµε το σώµα κατά µια τυχαία στιγµή t που η αποµάκρυνσή του από την θέση ισορροπίας του είναι x (σχ. ) δεχόµενοι, χωρίς αυτό να βλάπτει την γενικότητα, ότι τα δύο ελατήρια εξακολουθούν να είναι τεντωµένα. Παρατηρούµε ότι την στιγµή αυτή οι δυνάµεις F 1, F επί του Σχήµα σώµατος από τα ελατήρια ε 1, ε αντίστοιχα έχουν συνισταµένη, της οποί ας η αλγεβρική τιµή ικανοποιεί την σχέση: F(x) = F 1 - F = F 1, - kx - (F, + kx) F(x) = F 1, - F, - 3kx = -3kx (4) H (4) εγγυάται ότι το σώµα εκτελεί α.α.τ. µε κέντρο ταλάντωσης την θέ ση ισορροπίας του Ο και µε σταθερά ταλάντωσης 3k. Επειδή την χρονική στιγµή t= η αλγεβρική τιµή της αποµάκρυνσης του σώµατος είναι Χ και η ταχύτητά του µηδενική, η εξίσωση κίνησής του έχει την µορφή: x = X µ $ 3k m t + " & (3) ( ' x = 3 "$ 3k ' & m t ( * (5) ) iii) Kατά τον πολύ µικρό χρόνο Δt (Δt ) που διαρκεί η πλαστική κρού ση του βλήµατος µε το σώµα, το σύστηµα κατά την οριζόντια διεύθυνση είναι µηχανικά µονωµένο (δέχεται µηδενική συνισταµένη δύναµη κατά

την διεύθυνση αυτή) που σηµαίνει ότι η ορµή του κατά τον χρόνο Δt και κατά την οριζόντια διεύθυνση δεν µεταβάλλεται, δηλαδή ισχύει η σχέση: mv max + = (m + M)v' max v' max = mv max /m + M (6) όπου v max η ταχύτητα του σώµατος λίγο πριν την κρούση και v ' max η τα χύτητα του συσσωµατώµατος αµέσως µετά την κρούση. Eάν ΔΚ είναι η µείωση της κινητικής ενέργειας του σύστήµατος σώµα-βλήµα κατά τον χρόνο Δt, θα ισχύει: K = mv max + Mv - (M + m)v' max (6) K = mv max + Mv - (M + m)m v max (M + m) K = mv max + Mv - m v max (M + m) K = (m + Mm)v max (M + m) + Mv - m v max (M + m) K = Mmv max (M + m) + Mv Όµως για το µέτρο της v max ισχύει: (7) v max = X 3k m = 3 3k m οπότε η (7) γράφεται: K = Mm (M + m) $ " 3 & 3k ( ' m + Mv K = Mk" 6(M + m) + Mv = M k" 3(M + m) + v & ( $ ' Παρατήρηση: Tο συσσωµάτωµα εκτελεί α.α.τ. µε σταθερά ταλάντωσης 3k, µε κέντρο τα λάντωσης το Ο και πλάτος µικρότερο από α /3. P.M. fysikos

Tα σώµατα του σχήµατος (3) έχουν την ίδια µάζα m και ισορροπούν πάνω σε λείο κεκλιµένο επίπεδο γωνίας κλίσεως φ, συγκρατούµενα απο ιδανικό ελατήριο σταθεράς k, του οποίου ο άξονας είναι παράλ ληλος προς το κεκλιµένο επίπεδο. Eκτρέπουµε τα δύο σώµατα από την θέση ισορροπίας τους προς τα κάτω, ώστε το ελατήριο να συµπι εσθεί ακόµη κατά το διπλάσιο της στατικής συµπίεσης που υφίστα ται από τα δύο σώµατα και αφήνουµε το σύστηµα ελεύθερο. i) Nα βρείτε την θέση στην οποία αποχωρίζονται τα δύο σώµατα και την αντίστοιχη ταχύτητά τους. ii) Nα βρείτε το πλάτος ταλάντωσης του σώµατος που παραµένει συν δεδεµένο µε το ελατήριο. Δίνεται η επιτάχυνση g της βαρύτητας. ΛΥΣΗ: i) Εάν Ο είναι η θέση ισορροπίας του συστήµατος των δύο σωµά των, τότε στην θέση αυτή η παράλληλη προς το κεκλιµένο επίπεδο συνι στώσα w x του βάρους w του συστήµατος, εξουδετερώνει την δύναµη F " που δέχεται το σύστηµα από το συµπιεσµένο ελατήριο, δηλαδή ισχύει: w x = F " mgµ" = kx x = mg"µ / k (1) όπου x σ η στατική συσπείρωση του ελατηρίου από την φυσική του κατά σταση. Εξάλλου αν Α είναι η θέση όπου τα δύο σώµατα χάνουν την επα φή τους, τότε στην θέση αυτή το πάνω σώµα επιταχύνεται µόνο από την Σχήµα 3 παράλληλη προς το κεκλιµένο επίπεδο συνιστώσα του βάρους του w /, δηλαδή στην θέση Α τα δύο σώµατα έχουν την ίδια επιτάχυνση µε µέτρο gηµφ. Όµως µέχρι την στιγµή του αποχωρισµού τους τα δύο σώµατα εκτελούν α.α.τ. µε σταθερά ταλάντωσης k και πλάτος x σ, οπότε µπορού µε να γράψουµε την σχέση:

gµ" = x * gµ" = (k/m)x * (1) x * = mgµ" / k x * = x () όπου ω η γωνιακή συχνότητα της α.α.τ. και x * η αποµάκρυνση των δύο σωµάτων από την θέση ισορροπίας τους Ο την στιγµή που χάνουν την επαφή τους. Εάν v * είναι η κοινή ταχύτητα των δύο σωµάτων στην θέση Α θα ισχύει η σχέση: v * = (x " ) - x * () (1) v * = (x " ) - x " = x " 3 v * = k mgµ" m k 3 = gµ" 6m k (3) ii) Μετά τον αποχωρισµό των δύο σωµάτων το κάτω σώµα που είναι συνδεδεµένο µε το ελατήριο συνεχίζει να εκτελεί α.α.τ. µε σταθερά ταλάν τωσης k και κέντρο ταλάντωσης Ο που βρίσκεται υψηλότερα του Ο κατά mgηµφ/k. Όµως από την σχέση () προκύπτει ότι στην θέση Α το ελατή ριο έχει το φυσικό του µήκος, που σηµαίνει ότι η αντίστοιχη αποµάκρυν ση x ' * του κάτω σώµατος από την νέα θέση ισορροπίας του Ο έχει µέτρο που ικανοποιεί την σχέση: x' * = mgµ" / k - mgµ" / k = mgµ" / k (4) Όµως για το µέτρο της ταχύτητας v * ισχύει και η σχέση: v * = ' x' - x' * (3),(4) gµ" 6m k = k m x' - mgµ" & ( $ k ' g µ " 6m $ k & ( = k ) ' m x' - mgµ" & + ( $ k ' * +,. -. 6m g µ " = x' k - mgµ" & ( $ k ' x' = 7m g µ " x' k = mgµ" k 7 (5) όπου x το ζητούµενο πλάτος ταλάντωσης του σώµατος που παραµένει συνδεδεµένο µε το ελατήριο και ω η γωνιακή του συχνότητα. P.M. fysikos

Mια ξύλινη ράβδος, µάζας m και µήκους L, µπο ρεί να στρέφεται σε κατακόρυφο επίπεδο περί σταθερό οριζόντιο άξονα, που διέρχεται από το ένα άκρο της O. Βλήµα µάζας m/, προσπίπτει κάθετα στην ράβδο µε ταχύτητα v σε απόσταση x από το άκρο της Ο, κινούµενο στο κατακόρυφο επίπεδο περιστροφής και σφηνώνεται στην ράβδο. i) Για ποια τιµή της απόστασης x η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου κατά την έναρξη της περιστροφικής της κίνησης παίρνει την µεγαλύ τερη τιµή της και ποια είναι η τιµή αυτή; ii) Ποια είναι η συνθήκη που εξασφαλίζει ανακύκλωση της ράβδου για την τιµή της απόστασης x που βρεθηκε προηγούµενα; Δίνεται η ροπή αδράνειας I=ML /3 της ράβδου, ως προς τον άξονα περιστροφής της και η επιτάχυνση g της βαρύτητας. ΛYΣH: i) Kατά το πολύ µικρό χρονικό διάστηµα Δt που διαρκεί η πλαστική κρούση του βλήµατος µε την ράβδο, η στροφορµή του συστήµατος ράβδος-βλή µα περί τον άξονα περιστροφής της ράβδου δεν µεταβάλλεται, διότι το σύστηµα δεν δέχεται συνολική ροπή περί τον άξονα αυτόν (οι αντίστοιχες ροπές του βάρους της ράβδου, του βάρους του βλήµατος και της αντίδρασης του άξονα περιστροφής είναι µηδενικές), δηλαδή θα ισχύει η σχέση: (m/)vx + = (mx / + I) mvx/ = (mx / + ml /3) 3vx = (3x + L ) = 3vx 3x + L = 3v 3x + L / x (1) Σχήµα 4 όπου η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής της ράβδου, αµέσως µετά την κρού ση, δηλαδή κατά την έναρξη της περιστροφικής της κίνησης. Aπό την (1) προκύπτει ότι το µέτρο της γίνεται µέγιστο όταν η ποσότητα 3x+L /x λάβει την ελάχιστη τιµή της. Όµως παρατηρούµε ότι το γινόµενο (3x)(L /x) είναι σταθερό και ίσο µε 6L /3, όποτε το άθροισµα 3x+L /x γίνεται ελάχιστο όταν:

3x = L / x 3x = L x = L /3 () Έτσι η µέγιστη τιµή του µέτρου της θα είναι: max = 3v 6L /3 = v L 3 (3) ii) Aς δεχθούµε ότι το συσσωµάτωµα ράβδος-βλήµα έχοντας αρχική γωνιακή ταχύτητα max εκτελεί ανακύκλωση. Αυτό σηµαίνει ότι η κινητική ενέργεια Κ αν του συστήµατος, όταν η ράβδος φθάνει στην ανώτατη κατακόρυφη θέση της, είναι µεγαλύτερη ή ίση µε µηδέν, δηλαδή θα ισχύει η σχέση: Κ αν (4) Σχήµα 5 Eφαρµόζοντας για την περιστροφική κίνηση του συστήµατος ράβδος-βλήµα το θεώρηµα διατήρησης της µηχανικής ενέργειας από την κατώτατη στην ανώτα τη θέση του, παίρνουµε την σχέση K " + U " = K "$ + U "$ m x + ml $ " 3 & m x + ml $ " 3 & ' max - mg L - m gx = K + mg L () + m gx (),(3) ' max = K () + mgl + mgx " m L 3 + ml 3 $ & 4v 3 L = K '( + mgl + mgl 3 ml 3 3v L = K " + mgl + mgl 3

(4) mv = K " + mgl( 1 + /3) K " = mv - mgl( 1 + /3) mv - mgl 1 + /3 ( ) v gl " $ 1 + 3 ' (5) & Η σχέση (5) αποτελεί την ζητούµενη συνθήκη. P.M. fysikos Στο ελεύθερο άκρο A του νήµατος που περιβάλλει τον κυλινδρικό κορµό της κουβαρίστρας του σχήµατος (6) εφαρµόζεται δύναµη F που κατευθύνεται προς τα πάνω και σχηµατίζει µε την οριζόντια διεύ θυνση γωνία φ. Ο φορέας της δύναµης F ανήκει στο κατακόρυφο επί πεδο που διέρχεται από το κέντρο µάζας της κουβαρίστρας και είναι κάθετο στον γεωµετρικό της άξονα, ενώ µεταξύ της κουβαρίστρας και του οριζόντιου εδάφους υπάρχει τριβή, µε συντελεστή τριβής ολίσ θησης n. i) Nα βρείτε για ποια τιµή της γωνίας φ η κουβαρίστρα εκτελεί γνή σια περιστροφή εφαπτόµενη του οριζόντιου επιπέδου, στην περίπτω ση που η δύναµη F παρουσιάζει το µικρότερο δυνατό µέτρο. ii) Πόση θα είναι τότε η γωνιακή επιτάχυνση της κουβαρίστρας και ποια η δέσµευση για τον συντελεστή n; Δίνεται η µάζα m της κουβαρίστρας, η ροπή αδράνειας Ι αυτής ως προς τον γεωµετρικό της άξονα, η επιτάχυνση g της βαρύτητας και ότι, η ακτίνα του κυλινδρικού κορµού της κουβαρίστρας είναι ίση µε το µισό της ακτίνας R των κυκλικών της βάσεων. ΛΥΣΗ: i) Aς δεχθούµε ότι η κουβαρίστρα εκτελεί γνήσια περιστροφική κίνηση περί τον γεωµετρικό της άξονα, όταν ο φορέας της δύναµης F που εφαρµόζεται στο άκρο Α του νήµατος ανήκει στο κατακόρυφο επίπεδο που διέρχεται από το κέντρο µάζας C της κουβαρίστρας και είναι κάθετο στον άξονα περιστροφής της. Η κουβαρίστρα εκτός από την δύναµη F δέχεται ακόµη το βάρος της m g και τις δύο δυνάµεις επαφής από το έδα φος που αναλύονται στην συνολική τριβή T που είναι τριβή ολίσθησης και στην συνολική κάθετη αντίδραση N. Επειδή το κέντρο µάζας της κου βαρίστρας είναι ακίνητο στο σύστηµα αναφοράς του εδάφους, ίσχύουν οι σχέσεις:

= T " F y + N = mg F x F"$ = T & ' Fµ$ + N = mg ( T = F"$ & ' N = mg - Fµ$ ( (1) Σχήµα 6 Όµως ισχύει και η σχέση Τ=nN, η οποία λόγω των (1) παίρνει την µορφή: F"$ = n(mg - Fµ$) F("$ + nµ$) = nmg () Θέτουµε n=εφθ, οπότε η () γράφεται: F("$ + &' (µ$) = nmg F("$ + µ& µ$ /"&) = nmg F("$" + &µ &µ$) = nmg" F"($ - ) = nmg" F = nmg"$ "( - $) (3) Από την σχέση (4), στην οποία η γωνία φ αποτελεί µεταβλητή ποσότητα, προκύπτει ότι το µέτρο της F αποκτά την µικρότερη τιµή του όταν συν(φ-θ)=1, δηλαδή όταν φ-θ= ή φ=θ, που σηµαίνει ότι η ζητούµενη τιµή της γωνίας φ προκύπτει από την σχέση: = "$ &(n) (4) Tότε η (3) δίνει: F min = nmg"$ = nmg 1 + & $ F min = nmg 1 + n (5) ii) Εφαµόζοντας για την κουβαρίστρα τον θεµελιώδη νόµο της στροφικής κίνησης παίρνουµε την σχέση: (1) F min r - TR= I' F min r - F min R"$ = I'

R F min - R $ (5) & = I'' " 1 + n nmgr 1 1 + n - 1 $ & = I'' " 1 + n '= nmgr " 1 I 1 + n - 1 $ ' 1 + n & '= nmgr ( 1 + n - ) (6) I(1 + n ) όπου ' η ζητούµενη γωνιακή επιτάχυνση της κουβαρίστρας. Η (6) έχει νόηµα εφ όσον ισχύει: 1 + n - > 1 + n > 4 n > 3 P.M. fysikos Ένα λείο δοκάρι µάζας M, ισορροπεί πάνω σε λείο οριζόντιο επίπεδο όπως φαίνεται στο σχήµα (7). Éνα ξύλινο σώµα µάζας m, βρίσκεται πάνω στο δοκάρι και είναι δεµένο στο ένα άκρο ιδανικού ελατηρίου σταθεράς k, του οποίου ο άξονας είναι οριζόντιος, ενώ το άλλο άκρο στερεώνεται στο δοκάρι. Ένα βλήµα µάζας m, σφηνώνεται µε οριζόν τια ταχύτητα v στο ξύλινο σώµα και το σύστηµα µπαίνει σε κίνηση. i) Nα βρείτε τη συσπείρωση του ελατηρίου την στιγµή που το συσσω µάτωµα σώµα-βλήµα ακινητεί ως προς το δοκάρι. ii) Nα βρείτε την επιτάχυνση του δοκαριού την στιγµή αυτή; ΛYΣH: i) Kατά το πολύ µικρό χρονικό διάστηµα που διαρκεί η πλαστική κρού ση του βλήµατος µε το ξύλινο σώµα, το σύστηµα βλήµα-σώµα είναι µηχανικά µονωµένο και εποµένως ισχύει η αρχή διατήρησης της ορµής για το σύστηµα αυτό, δηλαδή µπορούµε να γράψουµε την σχέση: mv + = (m + m)v V = v/ (1) Σχήµα 7 όπου V η ταχύτητα του συσσωµατώµατος αµέσως µετά την κρούση Tο συσ σωµάτωµα προκαλεί συσπείρωση του ελατηρίου, µε αποτέλεσµα το ελατήριο να εξασκεί στο δοκάρι δύναµη F ' ", αντίθετη της δύναµης F " που εξασκεί στο

συσσωµάτωµα. H δύναµη F ' " είναι εκείνη που θέτει σε κίνηση το δοκάρι πάνω στο οριζόντιο επίπεδο. Όταν το συσσωµάτωµα ακινητεί ως προς το δοκάρι, τότε η ταχύτητα του θα είναι ίση µε την ταχύτητα V του δοκαριού, την οποία µπορούµε να υπολογίσουµε µε εφαρµογή της αρχής διατήρησης της ορµής για το µηχανικά µονωµένο σύστηµα βλήµα-σώµα-δοκάρι, οπότε θα έχουµε την σχέση: mv + + = (M + m)v V = mv/(m + m) () Eφαρµόζοντας για το σύστηµα συσσωµάτωµα-δοκάρι το θεώρηµα διατήρησης της µηχανικής ενέργειας, για το χρονικό διάστηµα που διαρκεί η συσπείρωση του ελατηρίου, παίρνουµε: mv ( = M + m )V + kx (1),(3) m v $ & " ( = M + m )m v M + m ( ) + kx mv - m v M + m = Kx x = mv k " 1 - m M + m $ & x = mv k M $ & " M + m x = v mm k(m + m) (3) όπου x η ζητούµενη συσπείρωση του ελατηρίου ii) Tην στιγµή που το ελατήριο είναι συµπιεσµένο κατά x εξασκεί στο δοκάρι δύναµη F ' ", η οποία του προσδίνει επιτάχυνση a και σύµφωνα µε τον δεύτερο νόµο του Nεύτωνα θα ισχύει: F ελ =Ma kx=ma a = kx M (3) a = kv M mm K(M + m) = v M kmm (M + m) P.M. fysikos Ένα ηµισφαιρικό στερεό σώµα µάζας M, ισορροπεί πάνω σε λείο ορι ζόντιο επίπεδο στρέφοντας προς τα πάνω την κυρτή του επιφάνεια. Ένα µικρό σφαιρίδιο µάζας m, προσκρούει κάθετα στο ηµισφαιρικό σώµα µε ταχύτητα της οποίας ο φορέας σχηµατίζει µε την κατακόρυ φη διεύθυνση γωνία φ<π/, το δε µέτρο της είναι v. Eάν η κρούση είναι ελαστική, να βρεθεί η ταχύτητα ανάκλασης του σφαιριδίου.

ΛYΣH: Επειδή το σφαιρίδιο προσπίπτει κάθετα στην κυρτή επιφάνεια του ηµισφαιρικού σώµατος η κρουστική δύναµη που δέχεται έχει ακτινική διεύθυν ση και µάλιστα είναι αντίρροπη της ταχύτητας πρόσπτωσής του v. Θεωρών τας την κρουστική αυτή δύναµη πολύ µεγαλύτερη από το βάρος του του σφαι ριδίου µπορούµε να ισχυριστούµε ότι αν αυτό ανακλασθεί, τότε η ταχύτητα ανάκλασής του v θα έχει ακτινική διεύθυνση, δηλαδή θα είναι αντίρροπη της v. Εξάλλου το σύστηµα του σφαιρίδιου και του ηµισφαιρικού σώµατος δεν δέ χεται οριζόντιες εξωτερικές δυνάµεις και εποµένως η ορµή του συστήµατος κατά τον οριζόντιο άξονα x λίγο πριν και αµέσως µετά την κρούση είναι η ίδια, δηλαδή ισχύει: m v x + " = M V + m v x mv x = MV - mv x (1) όπου V η ταχύτητα του ηµισφαιρικού σώµατος µετά την κρούση, v x η οριζόν τια συνιστώσα της ταχύτητας ανάκλασης v του σφαιριδίου και v x η οριζόντια συνιστώσα της ταχύτητας πρόσπτωσής του v. Όµως ισχύουν οι σχέσεις: v σx = v ηµφ και v x = vηµφ οπότε η (1) γράφεται: mv ηµφ = MV - mvηµφ MV = mv ηµφ + mvηµφ () Eπειδή η κρούση του σφαιρίδιου µε το σώµα είναι ελαστική η κινητική ενέρ Σχήµα 8 γεια του συστήµατος λίγο πριν από την κρούση είναι ίση µε την κινητική του ενέργεια αµέσως µετά την κρούση, δηλαδή ισχύει η σχέση: () mv / + = MV / + mv / mv = M[mv µ" + mvµ")/ M] + mv mmv = m v ηµ φ + m v ηµ φ + m v vηµ φ + Mmv mv ηµ φ + Mv + mv vηµ φ + mv ηµ φ - Mv =

(mµ " + M)v + (mv µ ")v + v (mµ " - M) = (3) H εξίσωση (3) είναι δευτέρου βαθµού ως προς v, µε διακρίνουσα Δ = 4m v ηµ 4 φ - 4(mηµ φ + M)v (mηµ φ - M) Δ = 4m v ηµ 4 φ - 4m v ηµ 4 φ + 4v M = 4v M > Δηλαδή οι ρίζες της (3) είναι πραγµατικές. Όµως το άθροισµα των ριζών της (3) είναι: A = - mv µ " mµ " + M < το δε γινόµενό τους είναι: = v (m"µ - M) m"µ + M Eάν Γ<, δηλαδή εάν ισχύει M>mηµ φ, τότε η (3) έχει ρίζες ετερόσηµες, από τις οποίες δεκτή είναι η θετική ρίζα. Aν όµως M<mηµ φ, τότε η (3) έχει δύο αρνη τικές ρίζες και το πρόβληµα δεν έχει λύση, που σηµαίνει ότι στην περίπτωση αυτή το σφαιρίδιο δεν ανακλάται. P.M. fysikos