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

Σχετικά έγγραφα
i) την ενέργεια που πρέπει να προσφερθεί στο σφαιρίδιο,

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

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

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

(ΘΕΜΑ 17ο)

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

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

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

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

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

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση Ι - Κρούσεις

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

, της οποίας το µέτρο ικανοποιεί τη σχέση:

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

όπου x η συντεταγµένη του σωµατιδίου, θεωρούµενη µε αρχή ένα στα θερό σηµείο Ο του άξονα και α, U 0 σταθερές και θετικές ποσότητες.

ii) Nα βρείτε την µέγιστη γωνιακή ταχύτητα της ράβδου.

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

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

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

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

Προτεινόμενο διαγώνισμα Φυσικής Α Λυκείου

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

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις

. 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

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

µε φορά προς το κυρτό µέρος του σύρµατος (σχήµα α) η οποία µαζί µε την ακτινική συνιστώσα w!

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

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ)

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

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.

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

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:

ΕΝΟΤΗΤΑ 1.2: ΑΠΛΗ ΑΡΜΟΝΙΚΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ (ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ, ΑΡΧΙΚΗ ΦΑΣΗ, ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΑΤΗΡΙΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ, ΟΡΜΗ) 2ο set - μέρος Α - Απαντήσεις ΘΕΜΑ Β

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 22 / 04 / 2018

Ποια μπορεί να είναι η κίνηση μετά την κρούση;

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ) ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

της µορφής:! F = -mk! r

Ο δεύτερος νόµος του Νεύτωνα για σύστηµα µεταβλητής µάζας

ΘΕΜΑ Α A1. Στις ερωτήσεις 1 9 να επιλέξετε το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση, χωρίς να αιτιολογήσετε την επιλογή σας.

2 ο ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1) ΘΕΜΑΤΑ

Φυσική Γ Λυκείου Θετικού Προσανατολισμού Σχ. έτος ο Διαγώνισμα Κρούσεις - Ταλαντώσεις Θέμα 1ο

Φροντιστήρια Εν-τάξη Σελίδα 1 από 6

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ 6 24

Διαγώνισμα Φυσικής Γ Λυκείου Απλή αρμονική ταλάντωση Κρούσεις

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

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

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

Επαναληπτικη άσκηση στην Μηχανική Στερεού-Κρούσεις

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

Υλικό σηµείο µάζας m, κινείται εντός δυναµικού πεδίου, που εξασκεί στην µάζα m δύναµη η οποία απορρέει από συνάρτηση δυναµικής ενέργειας της µορφής:

Θέμα Α(25 Μονάδες) Α1. (5 μονάδες) Α2. (5 μονάδες) Α3. (5 μονάδες) Α4. (5 μονάδες)

4. Σώμα Σ 1 μάζας m 1 =1kg ισορροπεί πάνω σε λείο κεκλιμένο επίπεδο που σχηματίζει με τον ορίζοντα γωνία φ=30 ο. Το σώμα Σ 1 είναι δεμένο στην άκρη

Ένα σώµα µε µεγάλη µάζα Μ, κινείται µε σταθερή

1.1. Μηχανικές Ταλαντώσεις. Ομάδα Στ.

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

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

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

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ 02/10/2016 ΔΙΑΡΚΕΙΑ: 3 ΩΡΕΣ ΘΕΜΑ Α

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑΔΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2019 A ΦΑΣΗ

i) Nα δείξετε ότι η κυµατοσυνάρτηση που περιγράφει το κύµα έχει την µορφή: ) µε t! t + T x - x0 ( )

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: 1η ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 24/07/2014

Σύνολο Σελίδων: Ενδεικτικές Λύσεις Κυριακή 30 Σεπτέµβρη Θέµα Α

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κρούσεις - Αρµονική Ταλάντωση

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις

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

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

Eφαρµόζοντας στο τρίγωνο OAΣ το θεώρηµα του συνηµιτόνου παίρνουµε:

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

1. Κίνηση Υλικού Σημείου

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

Θεωρούµε σύστηµα δύο σωµατιδίων Σ 1 και Σ 2 µε αντίστοιχες µάζες m 1 και m 2, τα οποία αλληλοεπιδρούν χωρίς όµως να δέχονται εξωτερικές δυνάµεις.

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.

T 4 T 4 T 2 Τ Τ Τ 3Τ Τ Τ 4

Κρούσεις. 1 ο ΘΕΜΑ.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΚΑΙ ΣΩΣΤΟΥ ΛΑΘΟΥΣ ΜΕ ΑΙΤΙΟΛΟΓΗΣΗ 2

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 22 / 04 / ΘΕΜΑ Α Α1. α, Α2. α, Α3. β, Α4. γ, Α5. α. Σ, β. Σ, γ. Λ, δ. Σ, ε. Λ.

Ενδεικτικές Λύσεις. Θέµα Α

Δυναµική της κίνησης συστήµατος δύο σωµατιδίων

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Απλή Αρµονική Ταλάντωση - Κρούσεις

# $ + 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

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

ΛΥΣΗ: i) Το σώµα αρχικά ισορροπεί επί του κεκλιµένου επιπέδου στην θέση Α (σχ. 1) υπό την επίδραση του βάρους του w!

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

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

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

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

ΜΕΡΟΣ Γ! 2η οµάδα λυµένων παραδειγµάτων

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

ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ΚΑΙ ΚΡΟΥΣΗ

ΘΕΜΑ Α. Α.1. Ένα σύστηµα ελατηρίου-µάζας εκτελεί απλή αρµονική ταλάντωση πλάτους Α.

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π. Αν η κρούση της σφαίρας με τον κατακόρυφο τοίχο είναι ελαστική, τότε ισχύει:. = και =.. < και =. γ. < και <. δ. = και <.

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

) ω ω. L λίγο πριν. . Nα βρεθούν:

1. Ένα σώμα m=1kg εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση και η μεταβολή της επιτάχυνσής του σε συνάρτηση με το χρόνο, φαίνεται στο σχήμα.

1.1. Μηχανικές Ταλαντώσεις. Ομάδα Ε.

τα µοναδιαία διανύσµατα των αξόνων Οx, Oy, Oz αντιστοί χως. Η αντίστοιχη στροφορµή L!

Κριτήριο αξιολόγησης: Κρούσεις Αμείωτες Μηχανικές Ταλαντώσεις

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

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ (23 ΠΕΡΙΟΔΟΙ)

Transcript:

Το σύστηµα του σχήµατος αποτελείται από δύο όµοια ελατήρια στα θεράς και φυσικού µήκους α, των οποίων οι άξονες βρίσκονται πάνω στην ευθεία ΑΒ, όπου Α, Β είναι δύο ακλόνητα σηµεία του επιπέδου. Εκτρέπουµε το σφαιρίδιο από την θέση ισορροπίας του Ο κάθετα επί την ΑΒ, κατά x, µε x <<α. i) Nα βρείτε την δυναµική ενέργεια του σφαιριδίου που απορρέει από τις ελαστικές δυνάµεις των ελατηρίων, σε συνάρτηση µε την αποµάκρυνσή του x από την θέση ισορροπίας του. ii) Να δείξετε ότι το σφαιρίδιο εκτελεί µια µη αρµονική περιοδική ταλάντωση, της οποίας να υπολογίσετε την περίοδο. ΛΥΣΗ: Εξετάζουµε το σφαιρίδιο σε µιά τυχαία θέση στην οποία η αποµάκ ρυνσή του από τη θέση ισορροπίας Ο είναι x. Στην θέση αυτή το σφαιρίδιο δέχεται το βάρος του που αναιρείται από την κατακόρυφη αντίδραση του λείου οριζόντιου επιπέδου και τις δυνάµεις F, F από τα τεντωµένα ελατή ρια, οι οποίες έχουν ίδιο µέτρο και είναι ισοκεκλιµένες ως προς την ΣΟ. Η συνισταµένη F " των δύο αυτών δυνάµεων είναι αντίρροπη προς την απο µάκρυνση x, η δε αλγεβρική της τιµή είναι: F " = -F #$%& = -(L - ')#$%& () όπου L το µήκος κάθε ελατηρίου, φ η γωνία των διανυσµάτων F και F " ενώ θετική φορά επί της ΣΟ θεωρήθηκε η φορά της αποµάκρυνσης. Όµως ισχύει συνφ=x/l, οπότε η () γράφεται:

F " = -(L - #) x L = -x $ - # ' $ & ) F % L " = -x - ( & % # ' ) () x + # ( Εξάλλου µπορούµε να γράψουµε: x + = + x / ( ) = ( + / x / ) " / (3) Eάν η σύνάρτηση f(x) = (+x /α ) -/ αναπτυχθεί σε σειρά και ληφθεί υπ όψη ότι x /α <<, τότε µε καλή προσέγγιση θα ισχύει η σχέση: ( + x / ) " / # - x (4) Συνδυάζοντας τις σχέσεις (), (3) και (4) παίρνουµε: $ F " = -x& - + % x # ' ) = - ( # x3 (4) Eπειδή η δύναµη F " είναι συντηρητική, µπορούµε να αποδόσουµε στο σφαι ρίδιο δυναµική ενέργεια U που απορρέει από την F ", υπολογίζεται δε από τη σχέση: du = -F " (4) du = x3 du = x3 (5) Ολοκληρώνοντας την (5) έχουµε: U = 4 x4 + C Eάν κατά σύµβαση δεχθούµε ότι στη θέση x= η δυναµική ενέργεια του σφαιριδίου είναι µηδενική, τότε η σταθερά ολοκλήρωσης C είναι µηδενική και η προηγούµενη σχέση παίρνει την µορφή: U = 4 x4 (6) ii) Eφάρµόζοντας για το σφαιρίδιο τον δέυτερο νόµο κίνησης του Νεύτωνα παίρνουµε τη σχέση: m d x dt = F " (4) m d x dt = - x3 d x dt + m x3 = (7) H (7) είναι µια µη γραµµική διαφορική εξίσωση δευτέρας τάξεως, η οποία δέχεται µη ηµιτονική λύση και το γεγονός αυτό εγγυάται ότι το σφαιρίδιο αποτελεί ένα µονοδιάστατο αλλά µη αρµονικό ταλαντωτή. Εξάλλου κατά

την κίνησή του σφαιριδίου η µηχανική του ενέργεια παραµένει σταθερή, δήλαδή ισχύει η σχέση: mv + x4 4 = x 4 4 v = ( ) (8) x 4 m - x 4 Aπό την (8) προκύπτουν τα εξής: α. Για x=±x η ταχύτητα του σφαιριδίου µηδενίζεται, που σηµαίναι ότι αυτό κινείται µεταξύ των ακραίων θέσεων +x και x, οι οποίες είναι συµµετ ρικές µεταξύ τους ως προς τη θέση ισορροπίας Ο. β. Για x= η αλγεβρική τιµή της ταχύτητας του σφαιριδίου παίρνει µέγιστη τιµή (x /a) /m, όταν το σφαιρίδιο κινείται κατά την θετική φορά και ελά χιστη τιµή -(x /a) /m, όταν το σφαιρίδιο κινείται κατά την αρνητική φορά. Τα παραπάνω επιτρέπουν να ισχυριστούµε ότι η κίνηση του σφαιρι δίου είναι περιοδική µε περίοδο Τ ίση προς το τετραπλάσιο του χρόνου κίνησής του από τη θέση x= στην θέση x=x, δηλαδή ισχύει: x T = 4 (dt) = 4 (/v) T = 4 m x x " (9) x 4 - x 4 Mαθηµατική παρατήρηση Για τον υπολογισµό του ολοκληρώµατος που εµφανίζεται στο δεύτερο µέλος της (9) παρατηρούµε τα εξής: x I = = x 4 - x 4 x = x 4 - (x / x ) 4 x [ ] x - (x / x ) 4 Θέτοντας x/x =u έχουµε ότι =x και ότι τα όρια της νέας µεταβλητής u είναι και. Έτσι η προηγούµενη σχέση παίρνει την µορφή: I = x x = - u 4 x () - u 4 Το εµφανιζόµενο ορισµένο ολοκλήρωµα εκφράζεται µε την βοήθεια της συνά ρτησης ΒΗΤΑ, αν εκτελέσουµε τον µετασχήµατισµό t=u 4, οπότε θα έχουµε: = u -3 dt - u 4 4 = ( - t) / 4 t-3/4 ( - t) - / dt = - u 4 4 t(/4)- ( - t) ( / )- dt = B(/4,/)

όπου χρησιµοποιήθηκε η λεγόµενη συνάρτηση ΒΗΤΑ, η οποία γενικώς ορί ζεται µέσω της σχέσεως: B(a,b) = t a- ( - t) b- dt, µε a> και b> Eξάλλου η συνάρτηση ΒΗΤΑ συνδέται µε την συνάρτηση ΓΑΜΑ µε τη σχέ ση: B(a,b) = (a)(b) (a + b) όπου η συνάρτηση ΓΑΜΑ ορίζεται µέσω της σχέσεως: (a) = # t a- e -t dt, µε a> Mε βάση τα παραπάνω θα έχουµε: διότι = "(/4)"(/) - u 4 4"(/4 + /) ="(/4) # 4"(3/4) (/) = # t -/ e -t dt = $ () Ακόµη έχουµε: (/4) = # t -3/4 e -t dt και (3/4) = # t -/4 e -t dt Συνδυάζοντας τις σχέσεις (9), () και () παίρνουµε τελικώς τη σχέση: T = m " #(/4) x #(3/4) P.M. fysios Σφαιρίδιο µάζας m είναι στερεωµένο στην άκρη ιδανικού ελατηρί ου σταθεράς, του οποίου η άλλη άκρη Ο είναι ακλόνητη. Το σφαι ρίδιο κρατείται ακίνητο σε θέση όπου το ελατήριο είναι οριζόντιο και έχει το φυσικό του µήκος α και κάποια στιγµή αφήνεται ελεύ θερο. Να µελετηθεί η κίνηση του σφαιριδίου. Δίνεται η επιτάχυν ση g της βαρύτητας. ΛΥΣΗ: Όταν το σφαιρίδιο αφεθεί ελεύθερο θα κινηθεί πάνω σε κατακόρυ

φο επίπεδο στο οποίο συνεχώς περιέχεται ο άξονας του ελατηρίου. Εξετά ζουµε το σφαιρίδιο κάτα µια τυχαία στιγµή t που ο άξονας του ελατηρίου σχηµατίζει µε τον κατακόρυφο άξονα Οψ γωνία φ. To σφαιρίδιο δέχεται στην θέση αυτή το βάρος του w και την δύναµη F από το ελάτήριο, η οποιά αναλύεται στην οριζόντια συνιστώσα F x και την κατακόρυφη συνιστώσα F. Εφαρµόζοντας τον δεύτερο νόµο κίνησης του Νευτωνα κατά την διεύθυνση του οριζόντιου άξονα Οx παίρνουµε: m d x dt = -F x m d x dt = -Fµ" m d x = -(r - )"µ# dt m d x dt = -(r - ) x r d x dt + " m - % $ # r ' x = & d x dt + # m - & % ( x = () $ x + " ' όπου r η επιβατική ακτίνα του σφαιριδίου ως προς το Ο την χρονική στιγµή t και x, ψ oι αντίστοιχες συντεταγµένες του. Εξάλλου ο δεύτερος νόµος κίνησης του Νέυτωνα κατά τον κατακόρυφο άξονα Οψ δίνει: m d dt = mg - F m d dt = mg - F"#$% m d dt = mg - (r - ")#$%& m d dt = mg - (r - ") r d dt + # m - " & % ( = g d $ r' dt + # m - " & % ( = g () $ x + ' Oι σχέσεις () και () αποτελούν ένα σύστηµα δύο µη γραµµικών διαφορικών εξισώσεων δευτέρας τάξεως που η λύση του δεν είναι εφικτή µε αναλυτικό τρόπο. Είναι όµως δυνατή η γραφική λύση του συστήµατος µέσω ηλεκτρο νικού υπολογιστή που χρησιµοποιεί καταλληλο πρόγραµµα. Στα τρία σχήµα τα που ακολουθούν φαίνονται οι γραφικες παραστάσεις των συναρτήσεων

x=x(t), y=y(t) και y=y(x), όπως αυτές προέκυψαν από τη γραφική λύση του συστήµατος των διαφορικών εξισώσεων () και () µε την χρήση του προγ ράµµατος mathematia. Σχήµα α. x=x(t) Σχήµα β. y=y(t) Σχήµα γ. y=y(x) P.M. fysios