43
Κυζίκου 3 Α ΝΙΚΑΙΑ 210 42.56.128 ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ Εισαγωγικές Γνώσεις

ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Απαραίτητες γνωσεις για το μάθημα της Φυσικής κατεύθυνσης

Citation preview

Page 1: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Γ ΛΥΚΕΙΟΥΕισαγωγικές Γνώσεις

Κυζίκου 3Α

ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Τι πρέπει να ξέρω πριν ξεκινήσω την Γ΄ Λυκείου

Μονόμετρα και διανυσματικά μεγέθη

Μονάδες μέτρησης βασικών φυσικών μεγεθών Τελεστές μονάδων

Πρόσθεση διανυσμάτων Ανάλυση διανύσματος σε συνιστώσες

Είδη κινήσεων και αντίστοιχες εξισώσεις κινήσεων

Πληροφορίες που μας δίνουν οι γραφικές τους παραστάσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και σχεδίασή τους

Ανάλυση δυνάμεων σε συνιστώσες

Στατική τριβή και τριβή ολίσθησης

Ελατήρια Νόμος Hooke

Συνθήκες ισορροπίας

Νόμοι Newton

Κινήσεις (ομαλή επιταχυνόμενη επιβραδυνόμενη κυκλική)

Κεντρομόλος δύναμη Ανακύκλωση

Ορμή Κρούση

Θεώρημα διατήρησης της ορμής

Έργο (σταθερής δύναμης μεταβλητής δύναμης)

Ενέργεια (δυναμική κινητική ελατηρίου μηχανική θερμότητα)

Ισχύς

Αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ)

Θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

-0-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μονόμετρα και Διανυσματικά μεγέθη

Τα φυσικά μεγέθη διακρίνονται σε δύο κατηγορίες τα μονόμετρα και διανυσματικά

Τα μονόμετρα μεγέθη περιγράφονται μόνο από το μέτρο τους (αριθμητική τιμή και μονάδα μέτρησης)

Τα διανυσματικά μεγέθη περιγράφονται από το μέτρο τους (αριθμητική τιμή και μονάδα μέτρησης) και την κατεύθυνσή τους (διεύθυνση ή φορέας και φορά)

Η απεικόνιση των διανυσματικών μεγεθών γίνεται με ένα προσανατολισμένο ευθύγραμμο τμήμα (βέλος) με καθορισμένη αρχή και τέλος Η ευθεία που ορίζεται από την αρχή και το τέλος του διανύσματος είναι η διεύθυνσή του (ή φορέας) και το βέλος δείχνει τη φορά του

Ίσα διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν ίδιο μέτρο ίδια διεύθυνση και ίδια φορά

Αντίθετα διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν ίδιο μέτρο ίδια διεύθυνση και αντίθετη φορά Προσοχή είναι λάθος η έκφραση ίσα και αντίθετα

Διαδοχικά διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που το τέλος του ενός είναι η αρχή του άλλου

Τα διανυσματικά μεγέθη (πχ δύναμη ταχύτητα κα) μπορούν να έχουν θετική ή αρνητική αριθμητική τιμή και αυτό θα δείχνει τη φορά τους σε σχέση με μια φορά που εμείς (αυθαίρετα) θεωρούμε θετική

Τα μονόμετρα μεγέθη έχουν συνήθως θετική αριθμητική τιμή (πχ μάζα χρόνος κινητική ενέργεια κα) Υπάρχουν και περιπτώσεις που κάποιο μονόμετρο μέγεθος μπορεί να πάρει και αρνητική αριθμητική τιμή Αυτό δεν έχει να κάνει με τη θετική φορά αλλά έχει μια άλλη φυσική σημασία Πχ θετικό ή αρνητικό έργο είναι το έργο μιας δύναμης που βοηθά ή αντιτίθεται αντίστοιχα σε μια μετατόπιση αδιάφορο του αν η δύναμη έχει θετική ή αρνητική φορά

Η πρόσθεση φυσικών μεγεθών έχει νόημα μόνο όταν αναφερόμαστε σε ομοειδή μεγέθη και τότε πρέπει να προσέχουμε να εκφράζονται και με τις ίδιες μονάδες

Η πρόσθεση των μονόμετρων μεγεθών γίνεται με απλή πρόσθεση των μέτρων τους

Η πρόσθεση των διανυσματικών μεγεθών έχει ως στόχο να βρεθεί ένα διάνυσμα το οποίο να μπορεί να αντικαταστήσει τα διανύσματα που προσθέτουμε (συνισταμένη)Συμβολικά γράφουμε + = Το μέτρο της συνισταμένης βρίσκεται από τη σχέση γ = όπου α και β τα μέτρα των αντίστοιχων διανυσμάτων και φ η μεταξύ τους γωνία

Η διεύθυνση της συνισταμένης βρίσκεται προσδιορίζοντας τη γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με τη μία την άλλη συνιστώσα Οι αντίστοιχες σχέσεις είναι

εφθ = και

εφρ = όπου

1-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

θ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το και

ρ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το

-2-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μεγέθη και ΜονάδεςΜήκος - Απόσταση - Απομάκρυνση L - d - χ m

Μάζα m kg

Χρόνος t s

Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος i Α

Ταχύτητα υ

Ορμή p kg

Επιτάχυνση α

Δύναμη F N

Έργο - Ενέργεια - Θερμότητα W - Ε - U - K - Q J

Ισχύς P WΔιαφορά δυναμικού - Ηλεκτρεγερτική

δύναμη V - E V

Ηλεκτρικό φορτίο q C

Αντίσταση (ηλεκτρική) R Ω

Χωρητικότητα C F

Συντελεστής αυτεπαγωγής L H

Γωνία φ rad

Συχνότητα f Hz

Γωνιακή ταχύτητα ω

Γωνιακή επιτάχυνση αγων

Ροπή δύναμης τ Νm

Ροπή αδράνειας I kgm2

Στροφορμή L

3-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Τελεστές μονάδωνυποπολλαπλάσια πολλαπλάσια

deci d 10-1 Deca da 101

centi c 10-2 Hecto h 102

milli m 10-3 Kilo k 103

micro μ 10-6 Mega M 106

nano n 10-9 Giga G 109

pico p 10-12 Terra T 1012

παραδείγματα

5 cm = 510-2 m2 mm = 210-3 m4 μC = 410-6 C

10 nF = 1010-9 F = 10-8 F5 kHz = 5103 Hz2 kW = 2103 W

07 mA = 0710-3 A = 710-110-3 A = 710-4 A001 cm = 00110-2 m = 10-210-2 m = 10-4 m

001 cm2 = 001middot(10-2 m)2 = 10-2middot(10-2)2 m2 = 10-2middot10-4 m2 = 10-6 m2

-4-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

11 Το εμβαδόν της βάσης ενός επίπλου είναι ίσο με 1000 cm2Να βρείτε την τιμή του σε m2 dm2 mm2

12 Η απόσταση Αθήνας - Τρίπολης είναι 180 kmΝα βρείτε την τιμή της σε m dm mm

13 Ο όγκος ενός δοχείου είναι 10 LΝα βρείτε την τιμή του σε m3 dm3 mm3

14 Να μετατρέψετε σε μονάδες SI τα εξής5 mm 132middot10-2 nm 0075 km 55 kmh 72 ms 12 GHz 5 μC 02 mH 25

μF12 mg 535 kW 5 mL 17 cm2 55 mm 632 min 789 mA 15 cm3 1256 kJ

15 Να αντιστοιχίσετε τα φυσικά μεγέθη με τις μονάδες μέτρησής τουςΠοια από αυτά είναι μονόμετρα και ποια διανυσματικά

Φυσικά μεγέθη Μονάδες μέτρησης

Μονόμετρο ή Διάνυσμα

μήκος s

χρόνος m

μάζα kg

δύναμη N

ταχύτητα ms2

επιτάχυνση W

συχνότητα ms

φορτίο F

έργο - ενέργεια H

ισχύς Jένταση ηλεκτρικού

ρεύματος C

χωρητικότητα A

συντελεστής αυτεπαγωγής Hz

5-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Μεταφορική Κίνηση

Μετατόπιση Ταχύτητα Επιτάχυνση

Ομαλή

χ = υt υ = σταθ α = 0

Ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική

ταχύτητα

χ = αt2 υ = αt α = σταθ

Ομαλά επιταχυνόμενη

μεαρχική

ταχύτητα

χ = υ0t + αt2 υ = υ0 + αt α = σταθ

Ομαλά επιβραδυνόμεν

η

χ = υ0t - αt2 υ = υ0 - αt α = σταθ

-6-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Σε όλα τα διαγράμματα χ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης σχετίζεται με

την ταχύτητα του κινητού Έτσι στην ομαλή κίνηση η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο Στην επιταχυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μεγαλώνει ενώ στην επιβραδυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μικραίνει

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μετατόπιση του κινητού

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης δίνει την επιτάχυνση α του κινητού Έτσι στις ομαλά μεταβαλλόμενες κινήσεις η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο

Σε όλα τα διαγράμματα α = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μεταβολή της ταχύτητας του κινητού

Αν κατά την ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση το κινητό τελικά σταματά η τελική του ταχύτητα μηδενίζεται και επομένως η ευθεία του διαγράμματος υ = f(t) θα καταλήγει στον άξονα των χρόνων Στην περίπτωση αυτή και εφόσον αποδειχθούν (αφού στο σχολικό βιβλίο δεν αναφέρονται) μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τύποι

του ολικού χρόνου κίνησης και της ολικής μετατόπισης

Απόδειξη Ισχύει ότι υ = υο ndash αt και επειδή το κινητό τελικά σταματά θέτουμε όπου υ = 0 και t = tολ οπότε η σχέση γράφεται ως εξής

0 = υο ndash αtολ =gt αtολ = υο =gt tολ =

Αντικαθιστώντας στον τύπο x = υοt ndash αt2 προκύπτει

xολ = υο =gt =gt

Ομαλή Κυκλική Κίνησηγραμμική ταχύτητα γωνιακή

ταχύτητα υ = ωR

περίοδος συχνότητα Τ = ή f =

γωνιακή ταχύτητα περίοδος συχνότητα ω = = 2πf

Απαραίτητη προϋπόθεση για κυκλική κίνηση είναι η ύπαρξη δύναμης (ή δυνάμεων) που θα παίξει το ρόλο της κεντρομόλου

Η κεντρομόλος δεν μια ακόμα δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά είναι η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ακτίνας και με θετική φορά προς το κέντρο της κυκλικής τροχιάς

7-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 2: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α

ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Τι πρέπει να ξέρω πριν ξεκινήσω την Γ΄ Λυκείου

Μονόμετρα και διανυσματικά μεγέθη

Μονάδες μέτρησης βασικών φυσικών μεγεθών Τελεστές μονάδων

Πρόσθεση διανυσμάτων Ανάλυση διανύσματος σε συνιστώσες

Είδη κινήσεων και αντίστοιχες εξισώσεις κινήσεων

Πληροφορίες που μας δίνουν οι γραφικές τους παραστάσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και σχεδίασή τους

Ανάλυση δυνάμεων σε συνιστώσες

Στατική τριβή και τριβή ολίσθησης

Ελατήρια Νόμος Hooke

Συνθήκες ισορροπίας

Νόμοι Newton

Κινήσεις (ομαλή επιταχυνόμενη επιβραδυνόμενη κυκλική)

Κεντρομόλος δύναμη Ανακύκλωση

Ορμή Κρούση

Θεώρημα διατήρησης της ορμής

Έργο (σταθερής δύναμης μεταβλητής δύναμης)

Ενέργεια (δυναμική κινητική ελατηρίου μηχανική θερμότητα)

Ισχύς

Αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ)

Θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

-0-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μονόμετρα και Διανυσματικά μεγέθη

Τα φυσικά μεγέθη διακρίνονται σε δύο κατηγορίες τα μονόμετρα και διανυσματικά

Τα μονόμετρα μεγέθη περιγράφονται μόνο από το μέτρο τους (αριθμητική τιμή και μονάδα μέτρησης)

Τα διανυσματικά μεγέθη περιγράφονται από το μέτρο τους (αριθμητική τιμή και μονάδα μέτρησης) και την κατεύθυνσή τους (διεύθυνση ή φορέας και φορά)

Η απεικόνιση των διανυσματικών μεγεθών γίνεται με ένα προσανατολισμένο ευθύγραμμο τμήμα (βέλος) με καθορισμένη αρχή και τέλος Η ευθεία που ορίζεται από την αρχή και το τέλος του διανύσματος είναι η διεύθυνσή του (ή φορέας) και το βέλος δείχνει τη φορά του

Ίσα διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν ίδιο μέτρο ίδια διεύθυνση και ίδια φορά

Αντίθετα διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν ίδιο μέτρο ίδια διεύθυνση και αντίθετη φορά Προσοχή είναι λάθος η έκφραση ίσα και αντίθετα

Διαδοχικά διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που το τέλος του ενός είναι η αρχή του άλλου

Τα διανυσματικά μεγέθη (πχ δύναμη ταχύτητα κα) μπορούν να έχουν θετική ή αρνητική αριθμητική τιμή και αυτό θα δείχνει τη φορά τους σε σχέση με μια φορά που εμείς (αυθαίρετα) θεωρούμε θετική

Τα μονόμετρα μεγέθη έχουν συνήθως θετική αριθμητική τιμή (πχ μάζα χρόνος κινητική ενέργεια κα) Υπάρχουν και περιπτώσεις που κάποιο μονόμετρο μέγεθος μπορεί να πάρει και αρνητική αριθμητική τιμή Αυτό δεν έχει να κάνει με τη θετική φορά αλλά έχει μια άλλη φυσική σημασία Πχ θετικό ή αρνητικό έργο είναι το έργο μιας δύναμης που βοηθά ή αντιτίθεται αντίστοιχα σε μια μετατόπιση αδιάφορο του αν η δύναμη έχει θετική ή αρνητική φορά

Η πρόσθεση φυσικών μεγεθών έχει νόημα μόνο όταν αναφερόμαστε σε ομοειδή μεγέθη και τότε πρέπει να προσέχουμε να εκφράζονται και με τις ίδιες μονάδες

Η πρόσθεση των μονόμετρων μεγεθών γίνεται με απλή πρόσθεση των μέτρων τους

Η πρόσθεση των διανυσματικών μεγεθών έχει ως στόχο να βρεθεί ένα διάνυσμα το οποίο να μπορεί να αντικαταστήσει τα διανύσματα που προσθέτουμε (συνισταμένη)Συμβολικά γράφουμε + = Το μέτρο της συνισταμένης βρίσκεται από τη σχέση γ = όπου α και β τα μέτρα των αντίστοιχων διανυσμάτων και φ η μεταξύ τους γωνία

Η διεύθυνση της συνισταμένης βρίσκεται προσδιορίζοντας τη γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με τη μία την άλλη συνιστώσα Οι αντίστοιχες σχέσεις είναι

εφθ = και

εφρ = όπου

1-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

θ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το και

ρ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το

-2-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μεγέθη και ΜονάδεςΜήκος - Απόσταση - Απομάκρυνση L - d - χ m

Μάζα m kg

Χρόνος t s

Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος i Α

Ταχύτητα υ

Ορμή p kg

Επιτάχυνση α

Δύναμη F N

Έργο - Ενέργεια - Θερμότητα W - Ε - U - K - Q J

Ισχύς P WΔιαφορά δυναμικού - Ηλεκτρεγερτική

δύναμη V - E V

Ηλεκτρικό φορτίο q C

Αντίσταση (ηλεκτρική) R Ω

Χωρητικότητα C F

Συντελεστής αυτεπαγωγής L H

Γωνία φ rad

Συχνότητα f Hz

Γωνιακή ταχύτητα ω

Γωνιακή επιτάχυνση αγων

Ροπή δύναμης τ Νm

Ροπή αδράνειας I kgm2

Στροφορμή L

3-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Τελεστές μονάδωνυποπολλαπλάσια πολλαπλάσια

deci d 10-1 Deca da 101

centi c 10-2 Hecto h 102

milli m 10-3 Kilo k 103

micro μ 10-6 Mega M 106

nano n 10-9 Giga G 109

pico p 10-12 Terra T 1012

παραδείγματα

5 cm = 510-2 m2 mm = 210-3 m4 μC = 410-6 C

10 nF = 1010-9 F = 10-8 F5 kHz = 5103 Hz2 kW = 2103 W

07 mA = 0710-3 A = 710-110-3 A = 710-4 A001 cm = 00110-2 m = 10-210-2 m = 10-4 m

001 cm2 = 001middot(10-2 m)2 = 10-2middot(10-2)2 m2 = 10-2middot10-4 m2 = 10-6 m2

-4-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

11 Το εμβαδόν της βάσης ενός επίπλου είναι ίσο με 1000 cm2Να βρείτε την τιμή του σε m2 dm2 mm2

12 Η απόσταση Αθήνας - Τρίπολης είναι 180 kmΝα βρείτε την τιμή της σε m dm mm

13 Ο όγκος ενός δοχείου είναι 10 LΝα βρείτε την τιμή του σε m3 dm3 mm3

14 Να μετατρέψετε σε μονάδες SI τα εξής5 mm 132middot10-2 nm 0075 km 55 kmh 72 ms 12 GHz 5 μC 02 mH 25

μF12 mg 535 kW 5 mL 17 cm2 55 mm 632 min 789 mA 15 cm3 1256 kJ

15 Να αντιστοιχίσετε τα φυσικά μεγέθη με τις μονάδες μέτρησής τουςΠοια από αυτά είναι μονόμετρα και ποια διανυσματικά

Φυσικά μεγέθη Μονάδες μέτρησης

Μονόμετρο ή Διάνυσμα

μήκος s

χρόνος m

μάζα kg

δύναμη N

ταχύτητα ms2

επιτάχυνση W

συχνότητα ms

φορτίο F

έργο - ενέργεια H

ισχύς Jένταση ηλεκτρικού

ρεύματος C

χωρητικότητα A

συντελεστής αυτεπαγωγής Hz

5-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Μεταφορική Κίνηση

Μετατόπιση Ταχύτητα Επιτάχυνση

Ομαλή

χ = υt υ = σταθ α = 0

Ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική

ταχύτητα

χ = αt2 υ = αt α = σταθ

Ομαλά επιταχυνόμενη

μεαρχική

ταχύτητα

χ = υ0t + αt2 υ = υ0 + αt α = σταθ

Ομαλά επιβραδυνόμεν

η

χ = υ0t - αt2 υ = υ0 - αt α = σταθ

-6-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Σε όλα τα διαγράμματα χ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης σχετίζεται με

την ταχύτητα του κινητού Έτσι στην ομαλή κίνηση η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο Στην επιταχυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μεγαλώνει ενώ στην επιβραδυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μικραίνει

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μετατόπιση του κινητού

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης δίνει την επιτάχυνση α του κινητού Έτσι στις ομαλά μεταβαλλόμενες κινήσεις η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο

Σε όλα τα διαγράμματα α = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μεταβολή της ταχύτητας του κινητού

Αν κατά την ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση το κινητό τελικά σταματά η τελική του ταχύτητα μηδενίζεται και επομένως η ευθεία του διαγράμματος υ = f(t) θα καταλήγει στον άξονα των χρόνων Στην περίπτωση αυτή και εφόσον αποδειχθούν (αφού στο σχολικό βιβλίο δεν αναφέρονται) μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τύποι

του ολικού χρόνου κίνησης και της ολικής μετατόπισης

Απόδειξη Ισχύει ότι υ = υο ndash αt και επειδή το κινητό τελικά σταματά θέτουμε όπου υ = 0 και t = tολ οπότε η σχέση γράφεται ως εξής

0 = υο ndash αtολ =gt αtολ = υο =gt tολ =

Αντικαθιστώντας στον τύπο x = υοt ndash αt2 προκύπτει

xολ = υο =gt =gt

Ομαλή Κυκλική Κίνησηγραμμική ταχύτητα γωνιακή

ταχύτητα υ = ωR

περίοδος συχνότητα Τ = ή f =

γωνιακή ταχύτητα περίοδος συχνότητα ω = = 2πf

Απαραίτητη προϋπόθεση για κυκλική κίνηση είναι η ύπαρξη δύναμης (ή δυνάμεων) που θα παίξει το ρόλο της κεντρομόλου

Η κεντρομόλος δεν μια ακόμα δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά είναι η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ακτίνας και με θετική φορά προς το κέντρο της κυκλικής τροχιάς

7-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 3: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Τι πρέπει να ξέρω πριν ξεκινήσω την Γ΄ Λυκείου

Μονόμετρα και διανυσματικά μεγέθη

Μονάδες μέτρησης βασικών φυσικών μεγεθών Τελεστές μονάδων

Πρόσθεση διανυσμάτων Ανάλυση διανύσματος σε συνιστώσες

Είδη κινήσεων και αντίστοιχες εξισώσεις κινήσεων

Πληροφορίες που μας δίνουν οι γραφικές τους παραστάσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και σχεδίασή τους

Ανάλυση δυνάμεων σε συνιστώσες

Στατική τριβή και τριβή ολίσθησης

Ελατήρια Νόμος Hooke

Συνθήκες ισορροπίας

Νόμοι Newton

Κινήσεις (ομαλή επιταχυνόμενη επιβραδυνόμενη κυκλική)

Κεντρομόλος δύναμη Ανακύκλωση

Ορμή Κρούση

Θεώρημα διατήρησης της ορμής

Έργο (σταθερής δύναμης μεταβλητής δύναμης)

Ενέργεια (δυναμική κινητική ελατηρίου μηχανική θερμότητα)

Ισχύς

Αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ)

Θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

-0-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μονόμετρα και Διανυσματικά μεγέθη

Τα φυσικά μεγέθη διακρίνονται σε δύο κατηγορίες τα μονόμετρα και διανυσματικά

Τα μονόμετρα μεγέθη περιγράφονται μόνο από το μέτρο τους (αριθμητική τιμή και μονάδα μέτρησης)

Τα διανυσματικά μεγέθη περιγράφονται από το μέτρο τους (αριθμητική τιμή και μονάδα μέτρησης) και την κατεύθυνσή τους (διεύθυνση ή φορέας και φορά)

Η απεικόνιση των διανυσματικών μεγεθών γίνεται με ένα προσανατολισμένο ευθύγραμμο τμήμα (βέλος) με καθορισμένη αρχή και τέλος Η ευθεία που ορίζεται από την αρχή και το τέλος του διανύσματος είναι η διεύθυνσή του (ή φορέας) και το βέλος δείχνει τη φορά του

Ίσα διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν ίδιο μέτρο ίδια διεύθυνση και ίδια φορά

Αντίθετα διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν ίδιο μέτρο ίδια διεύθυνση και αντίθετη φορά Προσοχή είναι λάθος η έκφραση ίσα και αντίθετα

Διαδοχικά διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που το τέλος του ενός είναι η αρχή του άλλου

Τα διανυσματικά μεγέθη (πχ δύναμη ταχύτητα κα) μπορούν να έχουν θετική ή αρνητική αριθμητική τιμή και αυτό θα δείχνει τη φορά τους σε σχέση με μια φορά που εμείς (αυθαίρετα) θεωρούμε θετική

Τα μονόμετρα μεγέθη έχουν συνήθως θετική αριθμητική τιμή (πχ μάζα χρόνος κινητική ενέργεια κα) Υπάρχουν και περιπτώσεις που κάποιο μονόμετρο μέγεθος μπορεί να πάρει και αρνητική αριθμητική τιμή Αυτό δεν έχει να κάνει με τη θετική φορά αλλά έχει μια άλλη φυσική σημασία Πχ θετικό ή αρνητικό έργο είναι το έργο μιας δύναμης που βοηθά ή αντιτίθεται αντίστοιχα σε μια μετατόπιση αδιάφορο του αν η δύναμη έχει θετική ή αρνητική φορά

Η πρόσθεση φυσικών μεγεθών έχει νόημα μόνο όταν αναφερόμαστε σε ομοειδή μεγέθη και τότε πρέπει να προσέχουμε να εκφράζονται και με τις ίδιες μονάδες

Η πρόσθεση των μονόμετρων μεγεθών γίνεται με απλή πρόσθεση των μέτρων τους

Η πρόσθεση των διανυσματικών μεγεθών έχει ως στόχο να βρεθεί ένα διάνυσμα το οποίο να μπορεί να αντικαταστήσει τα διανύσματα που προσθέτουμε (συνισταμένη)Συμβολικά γράφουμε + = Το μέτρο της συνισταμένης βρίσκεται από τη σχέση γ = όπου α και β τα μέτρα των αντίστοιχων διανυσμάτων και φ η μεταξύ τους γωνία

Η διεύθυνση της συνισταμένης βρίσκεται προσδιορίζοντας τη γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με τη μία την άλλη συνιστώσα Οι αντίστοιχες σχέσεις είναι

εφθ = και

εφρ = όπου

1-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

θ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το και

ρ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το

-2-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μεγέθη και ΜονάδεςΜήκος - Απόσταση - Απομάκρυνση L - d - χ m

Μάζα m kg

Χρόνος t s

Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος i Α

Ταχύτητα υ

Ορμή p kg

Επιτάχυνση α

Δύναμη F N

Έργο - Ενέργεια - Θερμότητα W - Ε - U - K - Q J

Ισχύς P WΔιαφορά δυναμικού - Ηλεκτρεγερτική

δύναμη V - E V

Ηλεκτρικό φορτίο q C

Αντίσταση (ηλεκτρική) R Ω

Χωρητικότητα C F

Συντελεστής αυτεπαγωγής L H

Γωνία φ rad

Συχνότητα f Hz

Γωνιακή ταχύτητα ω

Γωνιακή επιτάχυνση αγων

Ροπή δύναμης τ Νm

Ροπή αδράνειας I kgm2

Στροφορμή L

3-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Τελεστές μονάδωνυποπολλαπλάσια πολλαπλάσια

deci d 10-1 Deca da 101

centi c 10-2 Hecto h 102

milli m 10-3 Kilo k 103

micro μ 10-6 Mega M 106

nano n 10-9 Giga G 109

pico p 10-12 Terra T 1012

παραδείγματα

5 cm = 510-2 m2 mm = 210-3 m4 μC = 410-6 C

10 nF = 1010-9 F = 10-8 F5 kHz = 5103 Hz2 kW = 2103 W

07 mA = 0710-3 A = 710-110-3 A = 710-4 A001 cm = 00110-2 m = 10-210-2 m = 10-4 m

001 cm2 = 001middot(10-2 m)2 = 10-2middot(10-2)2 m2 = 10-2middot10-4 m2 = 10-6 m2

-4-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

11 Το εμβαδόν της βάσης ενός επίπλου είναι ίσο με 1000 cm2Να βρείτε την τιμή του σε m2 dm2 mm2

12 Η απόσταση Αθήνας - Τρίπολης είναι 180 kmΝα βρείτε την τιμή της σε m dm mm

13 Ο όγκος ενός δοχείου είναι 10 LΝα βρείτε την τιμή του σε m3 dm3 mm3

14 Να μετατρέψετε σε μονάδες SI τα εξής5 mm 132middot10-2 nm 0075 km 55 kmh 72 ms 12 GHz 5 μC 02 mH 25

μF12 mg 535 kW 5 mL 17 cm2 55 mm 632 min 789 mA 15 cm3 1256 kJ

15 Να αντιστοιχίσετε τα φυσικά μεγέθη με τις μονάδες μέτρησής τουςΠοια από αυτά είναι μονόμετρα και ποια διανυσματικά

Φυσικά μεγέθη Μονάδες μέτρησης

Μονόμετρο ή Διάνυσμα

μήκος s

χρόνος m

μάζα kg

δύναμη N

ταχύτητα ms2

επιτάχυνση W

συχνότητα ms

φορτίο F

έργο - ενέργεια H

ισχύς Jένταση ηλεκτρικού

ρεύματος C

χωρητικότητα A

συντελεστής αυτεπαγωγής Hz

5-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Μεταφορική Κίνηση

Μετατόπιση Ταχύτητα Επιτάχυνση

Ομαλή

χ = υt υ = σταθ α = 0

Ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική

ταχύτητα

χ = αt2 υ = αt α = σταθ

Ομαλά επιταχυνόμενη

μεαρχική

ταχύτητα

χ = υ0t + αt2 υ = υ0 + αt α = σταθ

Ομαλά επιβραδυνόμεν

η

χ = υ0t - αt2 υ = υ0 - αt α = σταθ

-6-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Σε όλα τα διαγράμματα χ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης σχετίζεται με

την ταχύτητα του κινητού Έτσι στην ομαλή κίνηση η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο Στην επιταχυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μεγαλώνει ενώ στην επιβραδυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μικραίνει

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μετατόπιση του κινητού

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης δίνει την επιτάχυνση α του κινητού Έτσι στις ομαλά μεταβαλλόμενες κινήσεις η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο

Σε όλα τα διαγράμματα α = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μεταβολή της ταχύτητας του κινητού

Αν κατά την ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση το κινητό τελικά σταματά η τελική του ταχύτητα μηδενίζεται και επομένως η ευθεία του διαγράμματος υ = f(t) θα καταλήγει στον άξονα των χρόνων Στην περίπτωση αυτή και εφόσον αποδειχθούν (αφού στο σχολικό βιβλίο δεν αναφέρονται) μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τύποι

του ολικού χρόνου κίνησης και της ολικής μετατόπισης

Απόδειξη Ισχύει ότι υ = υο ndash αt και επειδή το κινητό τελικά σταματά θέτουμε όπου υ = 0 και t = tολ οπότε η σχέση γράφεται ως εξής

0 = υο ndash αtολ =gt αtολ = υο =gt tολ =

Αντικαθιστώντας στον τύπο x = υοt ndash αt2 προκύπτει

xολ = υο =gt =gt

Ομαλή Κυκλική Κίνησηγραμμική ταχύτητα γωνιακή

ταχύτητα υ = ωR

περίοδος συχνότητα Τ = ή f =

γωνιακή ταχύτητα περίοδος συχνότητα ω = = 2πf

Απαραίτητη προϋπόθεση για κυκλική κίνηση είναι η ύπαρξη δύναμης (ή δυνάμεων) που θα παίξει το ρόλο της κεντρομόλου

Η κεντρομόλος δεν μια ακόμα δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά είναι η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ακτίνας και με θετική φορά προς το κέντρο της κυκλικής τροχιάς

7-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 4: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

-0-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μονόμετρα και Διανυσματικά μεγέθη

Τα φυσικά μεγέθη διακρίνονται σε δύο κατηγορίες τα μονόμετρα και διανυσματικά

Τα μονόμετρα μεγέθη περιγράφονται μόνο από το μέτρο τους (αριθμητική τιμή και μονάδα μέτρησης)

Τα διανυσματικά μεγέθη περιγράφονται από το μέτρο τους (αριθμητική τιμή και μονάδα μέτρησης) και την κατεύθυνσή τους (διεύθυνση ή φορέας και φορά)

Η απεικόνιση των διανυσματικών μεγεθών γίνεται με ένα προσανατολισμένο ευθύγραμμο τμήμα (βέλος) με καθορισμένη αρχή και τέλος Η ευθεία που ορίζεται από την αρχή και το τέλος του διανύσματος είναι η διεύθυνσή του (ή φορέας) και το βέλος δείχνει τη φορά του

Ίσα διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν ίδιο μέτρο ίδια διεύθυνση και ίδια φορά

Αντίθετα διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν ίδιο μέτρο ίδια διεύθυνση και αντίθετη φορά Προσοχή είναι λάθος η έκφραση ίσα και αντίθετα

Διαδοχικά διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που το τέλος του ενός είναι η αρχή του άλλου

Τα διανυσματικά μεγέθη (πχ δύναμη ταχύτητα κα) μπορούν να έχουν θετική ή αρνητική αριθμητική τιμή και αυτό θα δείχνει τη φορά τους σε σχέση με μια φορά που εμείς (αυθαίρετα) θεωρούμε θετική

Τα μονόμετρα μεγέθη έχουν συνήθως θετική αριθμητική τιμή (πχ μάζα χρόνος κινητική ενέργεια κα) Υπάρχουν και περιπτώσεις που κάποιο μονόμετρο μέγεθος μπορεί να πάρει και αρνητική αριθμητική τιμή Αυτό δεν έχει να κάνει με τη θετική φορά αλλά έχει μια άλλη φυσική σημασία Πχ θετικό ή αρνητικό έργο είναι το έργο μιας δύναμης που βοηθά ή αντιτίθεται αντίστοιχα σε μια μετατόπιση αδιάφορο του αν η δύναμη έχει θετική ή αρνητική φορά

Η πρόσθεση φυσικών μεγεθών έχει νόημα μόνο όταν αναφερόμαστε σε ομοειδή μεγέθη και τότε πρέπει να προσέχουμε να εκφράζονται και με τις ίδιες μονάδες

Η πρόσθεση των μονόμετρων μεγεθών γίνεται με απλή πρόσθεση των μέτρων τους

Η πρόσθεση των διανυσματικών μεγεθών έχει ως στόχο να βρεθεί ένα διάνυσμα το οποίο να μπορεί να αντικαταστήσει τα διανύσματα που προσθέτουμε (συνισταμένη)Συμβολικά γράφουμε + = Το μέτρο της συνισταμένης βρίσκεται από τη σχέση γ = όπου α και β τα μέτρα των αντίστοιχων διανυσμάτων και φ η μεταξύ τους γωνία

Η διεύθυνση της συνισταμένης βρίσκεται προσδιορίζοντας τη γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με τη μία την άλλη συνιστώσα Οι αντίστοιχες σχέσεις είναι

εφθ = και

εφρ = όπου

1-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

θ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το και

ρ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το

-2-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μεγέθη και ΜονάδεςΜήκος - Απόσταση - Απομάκρυνση L - d - χ m

Μάζα m kg

Χρόνος t s

Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος i Α

Ταχύτητα υ

Ορμή p kg

Επιτάχυνση α

Δύναμη F N

Έργο - Ενέργεια - Θερμότητα W - Ε - U - K - Q J

Ισχύς P WΔιαφορά δυναμικού - Ηλεκτρεγερτική

δύναμη V - E V

Ηλεκτρικό φορτίο q C

Αντίσταση (ηλεκτρική) R Ω

Χωρητικότητα C F

Συντελεστής αυτεπαγωγής L H

Γωνία φ rad

Συχνότητα f Hz

Γωνιακή ταχύτητα ω

Γωνιακή επιτάχυνση αγων

Ροπή δύναμης τ Νm

Ροπή αδράνειας I kgm2

Στροφορμή L

3-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Τελεστές μονάδωνυποπολλαπλάσια πολλαπλάσια

deci d 10-1 Deca da 101

centi c 10-2 Hecto h 102

milli m 10-3 Kilo k 103

micro μ 10-6 Mega M 106

nano n 10-9 Giga G 109

pico p 10-12 Terra T 1012

παραδείγματα

5 cm = 510-2 m2 mm = 210-3 m4 μC = 410-6 C

10 nF = 1010-9 F = 10-8 F5 kHz = 5103 Hz2 kW = 2103 W

07 mA = 0710-3 A = 710-110-3 A = 710-4 A001 cm = 00110-2 m = 10-210-2 m = 10-4 m

001 cm2 = 001middot(10-2 m)2 = 10-2middot(10-2)2 m2 = 10-2middot10-4 m2 = 10-6 m2

-4-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

11 Το εμβαδόν της βάσης ενός επίπλου είναι ίσο με 1000 cm2Να βρείτε την τιμή του σε m2 dm2 mm2

12 Η απόσταση Αθήνας - Τρίπολης είναι 180 kmΝα βρείτε την τιμή της σε m dm mm

13 Ο όγκος ενός δοχείου είναι 10 LΝα βρείτε την τιμή του σε m3 dm3 mm3

14 Να μετατρέψετε σε μονάδες SI τα εξής5 mm 132middot10-2 nm 0075 km 55 kmh 72 ms 12 GHz 5 μC 02 mH 25

μF12 mg 535 kW 5 mL 17 cm2 55 mm 632 min 789 mA 15 cm3 1256 kJ

15 Να αντιστοιχίσετε τα φυσικά μεγέθη με τις μονάδες μέτρησής τουςΠοια από αυτά είναι μονόμετρα και ποια διανυσματικά

Φυσικά μεγέθη Μονάδες μέτρησης

Μονόμετρο ή Διάνυσμα

μήκος s

χρόνος m

μάζα kg

δύναμη N

ταχύτητα ms2

επιτάχυνση W

συχνότητα ms

φορτίο F

έργο - ενέργεια H

ισχύς Jένταση ηλεκτρικού

ρεύματος C

χωρητικότητα A

συντελεστής αυτεπαγωγής Hz

5-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Μεταφορική Κίνηση

Μετατόπιση Ταχύτητα Επιτάχυνση

Ομαλή

χ = υt υ = σταθ α = 0

Ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική

ταχύτητα

χ = αt2 υ = αt α = σταθ

Ομαλά επιταχυνόμενη

μεαρχική

ταχύτητα

χ = υ0t + αt2 υ = υ0 + αt α = σταθ

Ομαλά επιβραδυνόμεν

η

χ = υ0t - αt2 υ = υ0 - αt α = σταθ

-6-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Σε όλα τα διαγράμματα χ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης σχετίζεται με

την ταχύτητα του κινητού Έτσι στην ομαλή κίνηση η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο Στην επιταχυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μεγαλώνει ενώ στην επιβραδυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μικραίνει

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μετατόπιση του κινητού

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης δίνει την επιτάχυνση α του κινητού Έτσι στις ομαλά μεταβαλλόμενες κινήσεις η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο

Σε όλα τα διαγράμματα α = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μεταβολή της ταχύτητας του κινητού

Αν κατά την ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση το κινητό τελικά σταματά η τελική του ταχύτητα μηδενίζεται και επομένως η ευθεία του διαγράμματος υ = f(t) θα καταλήγει στον άξονα των χρόνων Στην περίπτωση αυτή και εφόσον αποδειχθούν (αφού στο σχολικό βιβλίο δεν αναφέρονται) μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τύποι

του ολικού χρόνου κίνησης και της ολικής μετατόπισης

Απόδειξη Ισχύει ότι υ = υο ndash αt και επειδή το κινητό τελικά σταματά θέτουμε όπου υ = 0 και t = tολ οπότε η σχέση γράφεται ως εξής

0 = υο ndash αtολ =gt αtολ = υο =gt tολ =

Αντικαθιστώντας στον τύπο x = υοt ndash αt2 προκύπτει

xολ = υο =gt =gt

Ομαλή Κυκλική Κίνησηγραμμική ταχύτητα γωνιακή

ταχύτητα υ = ωR

περίοδος συχνότητα Τ = ή f =

γωνιακή ταχύτητα περίοδος συχνότητα ω = = 2πf

Απαραίτητη προϋπόθεση για κυκλική κίνηση είναι η ύπαρξη δύναμης (ή δυνάμεων) που θα παίξει το ρόλο της κεντρομόλου

Η κεντρομόλος δεν μια ακόμα δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά είναι η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ακτίνας και με θετική φορά προς το κέντρο της κυκλικής τροχιάς

7-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 5: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

-0-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μονόμετρα και Διανυσματικά μεγέθη

Τα φυσικά μεγέθη διακρίνονται σε δύο κατηγορίες τα μονόμετρα και διανυσματικά

Τα μονόμετρα μεγέθη περιγράφονται μόνο από το μέτρο τους (αριθμητική τιμή και μονάδα μέτρησης)

Τα διανυσματικά μεγέθη περιγράφονται από το μέτρο τους (αριθμητική τιμή και μονάδα μέτρησης) και την κατεύθυνσή τους (διεύθυνση ή φορέας και φορά)

Η απεικόνιση των διανυσματικών μεγεθών γίνεται με ένα προσανατολισμένο ευθύγραμμο τμήμα (βέλος) με καθορισμένη αρχή και τέλος Η ευθεία που ορίζεται από την αρχή και το τέλος του διανύσματος είναι η διεύθυνσή του (ή φορέας) και το βέλος δείχνει τη φορά του

Ίσα διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν ίδιο μέτρο ίδια διεύθυνση και ίδια φορά

Αντίθετα διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν ίδιο μέτρο ίδια διεύθυνση και αντίθετη φορά Προσοχή είναι λάθος η έκφραση ίσα και αντίθετα

Διαδοχικά διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που το τέλος του ενός είναι η αρχή του άλλου

Τα διανυσματικά μεγέθη (πχ δύναμη ταχύτητα κα) μπορούν να έχουν θετική ή αρνητική αριθμητική τιμή και αυτό θα δείχνει τη φορά τους σε σχέση με μια φορά που εμείς (αυθαίρετα) θεωρούμε θετική

Τα μονόμετρα μεγέθη έχουν συνήθως θετική αριθμητική τιμή (πχ μάζα χρόνος κινητική ενέργεια κα) Υπάρχουν και περιπτώσεις που κάποιο μονόμετρο μέγεθος μπορεί να πάρει και αρνητική αριθμητική τιμή Αυτό δεν έχει να κάνει με τη θετική φορά αλλά έχει μια άλλη φυσική σημασία Πχ θετικό ή αρνητικό έργο είναι το έργο μιας δύναμης που βοηθά ή αντιτίθεται αντίστοιχα σε μια μετατόπιση αδιάφορο του αν η δύναμη έχει θετική ή αρνητική φορά

Η πρόσθεση φυσικών μεγεθών έχει νόημα μόνο όταν αναφερόμαστε σε ομοειδή μεγέθη και τότε πρέπει να προσέχουμε να εκφράζονται και με τις ίδιες μονάδες

Η πρόσθεση των μονόμετρων μεγεθών γίνεται με απλή πρόσθεση των μέτρων τους

Η πρόσθεση των διανυσματικών μεγεθών έχει ως στόχο να βρεθεί ένα διάνυσμα το οποίο να μπορεί να αντικαταστήσει τα διανύσματα που προσθέτουμε (συνισταμένη)Συμβολικά γράφουμε + = Το μέτρο της συνισταμένης βρίσκεται από τη σχέση γ = όπου α και β τα μέτρα των αντίστοιχων διανυσμάτων και φ η μεταξύ τους γωνία

Η διεύθυνση της συνισταμένης βρίσκεται προσδιορίζοντας τη γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με τη μία την άλλη συνιστώσα Οι αντίστοιχες σχέσεις είναι

εφθ = και

εφρ = όπου

1-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

θ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το και

ρ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το

-2-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μεγέθη και ΜονάδεςΜήκος - Απόσταση - Απομάκρυνση L - d - χ m

Μάζα m kg

Χρόνος t s

Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος i Α

Ταχύτητα υ

Ορμή p kg

Επιτάχυνση α

Δύναμη F N

Έργο - Ενέργεια - Θερμότητα W - Ε - U - K - Q J

Ισχύς P WΔιαφορά δυναμικού - Ηλεκτρεγερτική

δύναμη V - E V

Ηλεκτρικό φορτίο q C

Αντίσταση (ηλεκτρική) R Ω

Χωρητικότητα C F

Συντελεστής αυτεπαγωγής L H

Γωνία φ rad

Συχνότητα f Hz

Γωνιακή ταχύτητα ω

Γωνιακή επιτάχυνση αγων

Ροπή δύναμης τ Νm

Ροπή αδράνειας I kgm2

Στροφορμή L

3-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Τελεστές μονάδωνυποπολλαπλάσια πολλαπλάσια

deci d 10-1 Deca da 101

centi c 10-2 Hecto h 102

milli m 10-3 Kilo k 103

micro μ 10-6 Mega M 106

nano n 10-9 Giga G 109

pico p 10-12 Terra T 1012

παραδείγματα

5 cm = 510-2 m2 mm = 210-3 m4 μC = 410-6 C

10 nF = 1010-9 F = 10-8 F5 kHz = 5103 Hz2 kW = 2103 W

07 mA = 0710-3 A = 710-110-3 A = 710-4 A001 cm = 00110-2 m = 10-210-2 m = 10-4 m

001 cm2 = 001middot(10-2 m)2 = 10-2middot(10-2)2 m2 = 10-2middot10-4 m2 = 10-6 m2

-4-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

11 Το εμβαδόν της βάσης ενός επίπλου είναι ίσο με 1000 cm2Να βρείτε την τιμή του σε m2 dm2 mm2

12 Η απόσταση Αθήνας - Τρίπολης είναι 180 kmΝα βρείτε την τιμή της σε m dm mm

13 Ο όγκος ενός δοχείου είναι 10 LΝα βρείτε την τιμή του σε m3 dm3 mm3

14 Να μετατρέψετε σε μονάδες SI τα εξής5 mm 132middot10-2 nm 0075 km 55 kmh 72 ms 12 GHz 5 μC 02 mH 25

μF12 mg 535 kW 5 mL 17 cm2 55 mm 632 min 789 mA 15 cm3 1256 kJ

15 Να αντιστοιχίσετε τα φυσικά μεγέθη με τις μονάδες μέτρησής τουςΠοια από αυτά είναι μονόμετρα και ποια διανυσματικά

Φυσικά μεγέθη Μονάδες μέτρησης

Μονόμετρο ή Διάνυσμα

μήκος s

χρόνος m

μάζα kg

δύναμη N

ταχύτητα ms2

επιτάχυνση W

συχνότητα ms

φορτίο F

έργο - ενέργεια H

ισχύς Jένταση ηλεκτρικού

ρεύματος C

χωρητικότητα A

συντελεστής αυτεπαγωγής Hz

5-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Μεταφορική Κίνηση

Μετατόπιση Ταχύτητα Επιτάχυνση

Ομαλή

χ = υt υ = σταθ α = 0

Ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική

ταχύτητα

χ = αt2 υ = αt α = σταθ

Ομαλά επιταχυνόμενη

μεαρχική

ταχύτητα

χ = υ0t + αt2 υ = υ0 + αt α = σταθ

Ομαλά επιβραδυνόμεν

η

χ = υ0t - αt2 υ = υ0 - αt α = σταθ

-6-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Σε όλα τα διαγράμματα χ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης σχετίζεται με

την ταχύτητα του κινητού Έτσι στην ομαλή κίνηση η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο Στην επιταχυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μεγαλώνει ενώ στην επιβραδυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μικραίνει

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μετατόπιση του κινητού

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης δίνει την επιτάχυνση α του κινητού Έτσι στις ομαλά μεταβαλλόμενες κινήσεις η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο

Σε όλα τα διαγράμματα α = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μεταβολή της ταχύτητας του κινητού

Αν κατά την ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση το κινητό τελικά σταματά η τελική του ταχύτητα μηδενίζεται και επομένως η ευθεία του διαγράμματος υ = f(t) θα καταλήγει στον άξονα των χρόνων Στην περίπτωση αυτή και εφόσον αποδειχθούν (αφού στο σχολικό βιβλίο δεν αναφέρονται) μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τύποι

του ολικού χρόνου κίνησης και της ολικής μετατόπισης

Απόδειξη Ισχύει ότι υ = υο ndash αt και επειδή το κινητό τελικά σταματά θέτουμε όπου υ = 0 και t = tολ οπότε η σχέση γράφεται ως εξής

0 = υο ndash αtολ =gt αtολ = υο =gt tολ =

Αντικαθιστώντας στον τύπο x = υοt ndash αt2 προκύπτει

xολ = υο =gt =gt

Ομαλή Κυκλική Κίνησηγραμμική ταχύτητα γωνιακή

ταχύτητα υ = ωR

περίοδος συχνότητα Τ = ή f =

γωνιακή ταχύτητα περίοδος συχνότητα ω = = 2πf

Απαραίτητη προϋπόθεση για κυκλική κίνηση είναι η ύπαρξη δύναμης (ή δυνάμεων) που θα παίξει το ρόλο της κεντρομόλου

Η κεντρομόλος δεν μια ακόμα δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά είναι η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ακτίνας και με θετική φορά προς το κέντρο της κυκλικής τροχιάς

7-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 6: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μονόμετρα και Διανυσματικά μεγέθη

Τα φυσικά μεγέθη διακρίνονται σε δύο κατηγορίες τα μονόμετρα και διανυσματικά

Τα μονόμετρα μεγέθη περιγράφονται μόνο από το μέτρο τους (αριθμητική τιμή και μονάδα μέτρησης)

Τα διανυσματικά μεγέθη περιγράφονται από το μέτρο τους (αριθμητική τιμή και μονάδα μέτρησης) και την κατεύθυνσή τους (διεύθυνση ή φορέας και φορά)

Η απεικόνιση των διανυσματικών μεγεθών γίνεται με ένα προσανατολισμένο ευθύγραμμο τμήμα (βέλος) με καθορισμένη αρχή και τέλος Η ευθεία που ορίζεται από την αρχή και το τέλος του διανύσματος είναι η διεύθυνσή του (ή φορέας) και το βέλος δείχνει τη φορά του

Ίσα διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν ίδιο μέτρο ίδια διεύθυνση και ίδια φορά

Αντίθετα διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν ίδιο μέτρο ίδια διεύθυνση και αντίθετη φορά Προσοχή είναι λάθος η έκφραση ίσα και αντίθετα

Διαδοχικά διανύσματα χαρακτηρίζονται εκείνα που το τέλος του ενός είναι η αρχή του άλλου

Τα διανυσματικά μεγέθη (πχ δύναμη ταχύτητα κα) μπορούν να έχουν θετική ή αρνητική αριθμητική τιμή και αυτό θα δείχνει τη φορά τους σε σχέση με μια φορά που εμείς (αυθαίρετα) θεωρούμε θετική

Τα μονόμετρα μεγέθη έχουν συνήθως θετική αριθμητική τιμή (πχ μάζα χρόνος κινητική ενέργεια κα) Υπάρχουν και περιπτώσεις που κάποιο μονόμετρο μέγεθος μπορεί να πάρει και αρνητική αριθμητική τιμή Αυτό δεν έχει να κάνει με τη θετική φορά αλλά έχει μια άλλη φυσική σημασία Πχ θετικό ή αρνητικό έργο είναι το έργο μιας δύναμης που βοηθά ή αντιτίθεται αντίστοιχα σε μια μετατόπιση αδιάφορο του αν η δύναμη έχει θετική ή αρνητική φορά

Η πρόσθεση φυσικών μεγεθών έχει νόημα μόνο όταν αναφερόμαστε σε ομοειδή μεγέθη και τότε πρέπει να προσέχουμε να εκφράζονται και με τις ίδιες μονάδες

Η πρόσθεση των μονόμετρων μεγεθών γίνεται με απλή πρόσθεση των μέτρων τους

Η πρόσθεση των διανυσματικών μεγεθών έχει ως στόχο να βρεθεί ένα διάνυσμα το οποίο να μπορεί να αντικαταστήσει τα διανύσματα που προσθέτουμε (συνισταμένη)Συμβολικά γράφουμε + = Το μέτρο της συνισταμένης βρίσκεται από τη σχέση γ = όπου α και β τα μέτρα των αντίστοιχων διανυσμάτων και φ η μεταξύ τους γωνία

Η διεύθυνση της συνισταμένης βρίσκεται προσδιορίζοντας τη γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με τη μία την άλλη συνιστώσα Οι αντίστοιχες σχέσεις είναι

εφθ = και

εφρ = όπου

1-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

θ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το και

ρ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το

-2-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μεγέθη και ΜονάδεςΜήκος - Απόσταση - Απομάκρυνση L - d - χ m

Μάζα m kg

Χρόνος t s

Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος i Α

Ταχύτητα υ

Ορμή p kg

Επιτάχυνση α

Δύναμη F N

Έργο - Ενέργεια - Θερμότητα W - Ε - U - K - Q J

Ισχύς P WΔιαφορά δυναμικού - Ηλεκτρεγερτική

δύναμη V - E V

Ηλεκτρικό φορτίο q C

Αντίσταση (ηλεκτρική) R Ω

Χωρητικότητα C F

Συντελεστής αυτεπαγωγής L H

Γωνία φ rad

Συχνότητα f Hz

Γωνιακή ταχύτητα ω

Γωνιακή επιτάχυνση αγων

Ροπή δύναμης τ Νm

Ροπή αδράνειας I kgm2

Στροφορμή L

3-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Τελεστές μονάδωνυποπολλαπλάσια πολλαπλάσια

deci d 10-1 Deca da 101

centi c 10-2 Hecto h 102

milli m 10-3 Kilo k 103

micro μ 10-6 Mega M 106

nano n 10-9 Giga G 109

pico p 10-12 Terra T 1012

παραδείγματα

5 cm = 510-2 m2 mm = 210-3 m4 μC = 410-6 C

10 nF = 1010-9 F = 10-8 F5 kHz = 5103 Hz2 kW = 2103 W

07 mA = 0710-3 A = 710-110-3 A = 710-4 A001 cm = 00110-2 m = 10-210-2 m = 10-4 m

001 cm2 = 001middot(10-2 m)2 = 10-2middot(10-2)2 m2 = 10-2middot10-4 m2 = 10-6 m2

-4-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

11 Το εμβαδόν της βάσης ενός επίπλου είναι ίσο με 1000 cm2Να βρείτε την τιμή του σε m2 dm2 mm2

12 Η απόσταση Αθήνας - Τρίπολης είναι 180 kmΝα βρείτε την τιμή της σε m dm mm

13 Ο όγκος ενός δοχείου είναι 10 LΝα βρείτε την τιμή του σε m3 dm3 mm3

14 Να μετατρέψετε σε μονάδες SI τα εξής5 mm 132middot10-2 nm 0075 km 55 kmh 72 ms 12 GHz 5 μC 02 mH 25

μF12 mg 535 kW 5 mL 17 cm2 55 mm 632 min 789 mA 15 cm3 1256 kJ

15 Να αντιστοιχίσετε τα φυσικά μεγέθη με τις μονάδες μέτρησής τουςΠοια από αυτά είναι μονόμετρα και ποια διανυσματικά

Φυσικά μεγέθη Μονάδες μέτρησης

Μονόμετρο ή Διάνυσμα

μήκος s

χρόνος m

μάζα kg

δύναμη N

ταχύτητα ms2

επιτάχυνση W

συχνότητα ms

φορτίο F

έργο - ενέργεια H

ισχύς Jένταση ηλεκτρικού

ρεύματος C

χωρητικότητα A

συντελεστής αυτεπαγωγής Hz

5-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Μεταφορική Κίνηση

Μετατόπιση Ταχύτητα Επιτάχυνση

Ομαλή

χ = υt υ = σταθ α = 0

Ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική

ταχύτητα

χ = αt2 υ = αt α = σταθ

Ομαλά επιταχυνόμενη

μεαρχική

ταχύτητα

χ = υ0t + αt2 υ = υ0 + αt α = σταθ

Ομαλά επιβραδυνόμεν

η

χ = υ0t - αt2 υ = υ0 - αt α = σταθ

-6-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Σε όλα τα διαγράμματα χ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης σχετίζεται με

την ταχύτητα του κινητού Έτσι στην ομαλή κίνηση η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο Στην επιταχυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μεγαλώνει ενώ στην επιβραδυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μικραίνει

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μετατόπιση του κινητού

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης δίνει την επιτάχυνση α του κινητού Έτσι στις ομαλά μεταβαλλόμενες κινήσεις η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο

Σε όλα τα διαγράμματα α = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μεταβολή της ταχύτητας του κινητού

Αν κατά την ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση το κινητό τελικά σταματά η τελική του ταχύτητα μηδενίζεται και επομένως η ευθεία του διαγράμματος υ = f(t) θα καταλήγει στον άξονα των χρόνων Στην περίπτωση αυτή και εφόσον αποδειχθούν (αφού στο σχολικό βιβλίο δεν αναφέρονται) μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τύποι

του ολικού χρόνου κίνησης και της ολικής μετατόπισης

Απόδειξη Ισχύει ότι υ = υο ndash αt και επειδή το κινητό τελικά σταματά θέτουμε όπου υ = 0 και t = tολ οπότε η σχέση γράφεται ως εξής

0 = υο ndash αtολ =gt αtολ = υο =gt tολ =

Αντικαθιστώντας στον τύπο x = υοt ndash αt2 προκύπτει

xολ = υο =gt =gt

Ομαλή Κυκλική Κίνησηγραμμική ταχύτητα γωνιακή

ταχύτητα υ = ωR

περίοδος συχνότητα Τ = ή f =

γωνιακή ταχύτητα περίοδος συχνότητα ω = = 2πf

Απαραίτητη προϋπόθεση για κυκλική κίνηση είναι η ύπαρξη δύναμης (ή δυνάμεων) που θα παίξει το ρόλο της κεντρομόλου

Η κεντρομόλος δεν μια ακόμα δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά είναι η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ακτίνας και με θετική φορά προς το κέντρο της κυκλικής τροχιάς

7-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 7: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

θ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το και

ρ η γωνία που σχηματίζει η συνισταμένη με το

-2-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μεγέθη και ΜονάδεςΜήκος - Απόσταση - Απομάκρυνση L - d - χ m

Μάζα m kg

Χρόνος t s

Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος i Α

Ταχύτητα υ

Ορμή p kg

Επιτάχυνση α

Δύναμη F N

Έργο - Ενέργεια - Θερμότητα W - Ε - U - K - Q J

Ισχύς P WΔιαφορά δυναμικού - Ηλεκτρεγερτική

δύναμη V - E V

Ηλεκτρικό φορτίο q C

Αντίσταση (ηλεκτρική) R Ω

Χωρητικότητα C F

Συντελεστής αυτεπαγωγής L H

Γωνία φ rad

Συχνότητα f Hz

Γωνιακή ταχύτητα ω

Γωνιακή επιτάχυνση αγων

Ροπή δύναμης τ Νm

Ροπή αδράνειας I kgm2

Στροφορμή L

3-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Τελεστές μονάδωνυποπολλαπλάσια πολλαπλάσια

deci d 10-1 Deca da 101

centi c 10-2 Hecto h 102

milli m 10-3 Kilo k 103

micro μ 10-6 Mega M 106

nano n 10-9 Giga G 109

pico p 10-12 Terra T 1012

παραδείγματα

5 cm = 510-2 m2 mm = 210-3 m4 μC = 410-6 C

10 nF = 1010-9 F = 10-8 F5 kHz = 5103 Hz2 kW = 2103 W

07 mA = 0710-3 A = 710-110-3 A = 710-4 A001 cm = 00110-2 m = 10-210-2 m = 10-4 m

001 cm2 = 001middot(10-2 m)2 = 10-2middot(10-2)2 m2 = 10-2middot10-4 m2 = 10-6 m2

-4-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

11 Το εμβαδόν της βάσης ενός επίπλου είναι ίσο με 1000 cm2Να βρείτε την τιμή του σε m2 dm2 mm2

12 Η απόσταση Αθήνας - Τρίπολης είναι 180 kmΝα βρείτε την τιμή της σε m dm mm

13 Ο όγκος ενός δοχείου είναι 10 LΝα βρείτε την τιμή του σε m3 dm3 mm3

14 Να μετατρέψετε σε μονάδες SI τα εξής5 mm 132middot10-2 nm 0075 km 55 kmh 72 ms 12 GHz 5 μC 02 mH 25

μF12 mg 535 kW 5 mL 17 cm2 55 mm 632 min 789 mA 15 cm3 1256 kJ

15 Να αντιστοιχίσετε τα φυσικά μεγέθη με τις μονάδες μέτρησής τουςΠοια από αυτά είναι μονόμετρα και ποια διανυσματικά

Φυσικά μεγέθη Μονάδες μέτρησης

Μονόμετρο ή Διάνυσμα

μήκος s

χρόνος m

μάζα kg

δύναμη N

ταχύτητα ms2

επιτάχυνση W

συχνότητα ms

φορτίο F

έργο - ενέργεια H

ισχύς Jένταση ηλεκτρικού

ρεύματος C

χωρητικότητα A

συντελεστής αυτεπαγωγής Hz

5-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Μεταφορική Κίνηση

Μετατόπιση Ταχύτητα Επιτάχυνση

Ομαλή

χ = υt υ = σταθ α = 0

Ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική

ταχύτητα

χ = αt2 υ = αt α = σταθ

Ομαλά επιταχυνόμενη

μεαρχική

ταχύτητα

χ = υ0t + αt2 υ = υ0 + αt α = σταθ

Ομαλά επιβραδυνόμεν

η

χ = υ0t - αt2 υ = υ0 - αt α = σταθ

-6-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Σε όλα τα διαγράμματα χ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης σχετίζεται με

την ταχύτητα του κινητού Έτσι στην ομαλή κίνηση η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο Στην επιταχυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μεγαλώνει ενώ στην επιβραδυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μικραίνει

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μετατόπιση του κινητού

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης δίνει την επιτάχυνση α του κινητού Έτσι στις ομαλά μεταβαλλόμενες κινήσεις η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο

Σε όλα τα διαγράμματα α = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μεταβολή της ταχύτητας του κινητού

Αν κατά την ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση το κινητό τελικά σταματά η τελική του ταχύτητα μηδενίζεται και επομένως η ευθεία του διαγράμματος υ = f(t) θα καταλήγει στον άξονα των χρόνων Στην περίπτωση αυτή και εφόσον αποδειχθούν (αφού στο σχολικό βιβλίο δεν αναφέρονται) μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τύποι

του ολικού χρόνου κίνησης και της ολικής μετατόπισης

Απόδειξη Ισχύει ότι υ = υο ndash αt και επειδή το κινητό τελικά σταματά θέτουμε όπου υ = 0 και t = tολ οπότε η σχέση γράφεται ως εξής

0 = υο ndash αtολ =gt αtολ = υο =gt tολ =

Αντικαθιστώντας στον τύπο x = υοt ndash αt2 προκύπτει

xολ = υο =gt =gt

Ομαλή Κυκλική Κίνησηγραμμική ταχύτητα γωνιακή

ταχύτητα υ = ωR

περίοδος συχνότητα Τ = ή f =

γωνιακή ταχύτητα περίοδος συχνότητα ω = = 2πf

Απαραίτητη προϋπόθεση για κυκλική κίνηση είναι η ύπαρξη δύναμης (ή δυνάμεων) που θα παίξει το ρόλο της κεντρομόλου

Η κεντρομόλος δεν μια ακόμα δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά είναι η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ακτίνας και με θετική φορά προς το κέντρο της κυκλικής τροχιάς

7-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 8: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Μεγέθη και ΜονάδεςΜήκος - Απόσταση - Απομάκρυνση L - d - χ m

Μάζα m kg

Χρόνος t s

Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος i Α

Ταχύτητα υ

Ορμή p kg

Επιτάχυνση α

Δύναμη F N

Έργο - Ενέργεια - Θερμότητα W - Ε - U - K - Q J

Ισχύς P WΔιαφορά δυναμικού - Ηλεκτρεγερτική

δύναμη V - E V

Ηλεκτρικό φορτίο q C

Αντίσταση (ηλεκτρική) R Ω

Χωρητικότητα C F

Συντελεστής αυτεπαγωγής L H

Γωνία φ rad

Συχνότητα f Hz

Γωνιακή ταχύτητα ω

Γωνιακή επιτάχυνση αγων

Ροπή δύναμης τ Νm

Ροπή αδράνειας I kgm2

Στροφορμή L

3-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Τελεστές μονάδωνυποπολλαπλάσια πολλαπλάσια

deci d 10-1 Deca da 101

centi c 10-2 Hecto h 102

milli m 10-3 Kilo k 103

micro μ 10-6 Mega M 106

nano n 10-9 Giga G 109

pico p 10-12 Terra T 1012

παραδείγματα

5 cm = 510-2 m2 mm = 210-3 m4 μC = 410-6 C

10 nF = 1010-9 F = 10-8 F5 kHz = 5103 Hz2 kW = 2103 W

07 mA = 0710-3 A = 710-110-3 A = 710-4 A001 cm = 00110-2 m = 10-210-2 m = 10-4 m

001 cm2 = 001middot(10-2 m)2 = 10-2middot(10-2)2 m2 = 10-2middot10-4 m2 = 10-6 m2

-4-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

11 Το εμβαδόν της βάσης ενός επίπλου είναι ίσο με 1000 cm2Να βρείτε την τιμή του σε m2 dm2 mm2

12 Η απόσταση Αθήνας - Τρίπολης είναι 180 kmΝα βρείτε την τιμή της σε m dm mm

13 Ο όγκος ενός δοχείου είναι 10 LΝα βρείτε την τιμή του σε m3 dm3 mm3

14 Να μετατρέψετε σε μονάδες SI τα εξής5 mm 132middot10-2 nm 0075 km 55 kmh 72 ms 12 GHz 5 μC 02 mH 25

μF12 mg 535 kW 5 mL 17 cm2 55 mm 632 min 789 mA 15 cm3 1256 kJ

15 Να αντιστοιχίσετε τα φυσικά μεγέθη με τις μονάδες μέτρησής τουςΠοια από αυτά είναι μονόμετρα και ποια διανυσματικά

Φυσικά μεγέθη Μονάδες μέτρησης

Μονόμετρο ή Διάνυσμα

μήκος s

χρόνος m

μάζα kg

δύναμη N

ταχύτητα ms2

επιτάχυνση W

συχνότητα ms

φορτίο F

έργο - ενέργεια H

ισχύς Jένταση ηλεκτρικού

ρεύματος C

χωρητικότητα A

συντελεστής αυτεπαγωγής Hz

5-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Μεταφορική Κίνηση

Μετατόπιση Ταχύτητα Επιτάχυνση

Ομαλή

χ = υt υ = σταθ α = 0

Ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική

ταχύτητα

χ = αt2 υ = αt α = σταθ

Ομαλά επιταχυνόμενη

μεαρχική

ταχύτητα

χ = υ0t + αt2 υ = υ0 + αt α = σταθ

Ομαλά επιβραδυνόμεν

η

χ = υ0t - αt2 υ = υ0 - αt α = σταθ

-6-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Σε όλα τα διαγράμματα χ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης σχετίζεται με

την ταχύτητα του κινητού Έτσι στην ομαλή κίνηση η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο Στην επιταχυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μεγαλώνει ενώ στην επιβραδυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μικραίνει

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μετατόπιση του κινητού

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης δίνει την επιτάχυνση α του κινητού Έτσι στις ομαλά μεταβαλλόμενες κινήσεις η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο

Σε όλα τα διαγράμματα α = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μεταβολή της ταχύτητας του κινητού

Αν κατά την ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση το κινητό τελικά σταματά η τελική του ταχύτητα μηδενίζεται και επομένως η ευθεία του διαγράμματος υ = f(t) θα καταλήγει στον άξονα των χρόνων Στην περίπτωση αυτή και εφόσον αποδειχθούν (αφού στο σχολικό βιβλίο δεν αναφέρονται) μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τύποι

του ολικού χρόνου κίνησης και της ολικής μετατόπισης

Απόδειξη Ισχύει ότι υ = υο ndash αt και επειδή το κινητό τελικά σταματά θέτουμε όπου υ = 0 και t = tολ οπότε η σχέση γράφεται ως εξής

0 = υο ndash αtολ =gt αtολ = υο =gt tολ =

Αντικαθιστώντας στον τύπο x = υοt ndash αt2 προκύπτει

xολ = υο =gt =gt

Ομαλή Κυκλική Κίνησηγραμμική ταχύτητα γωνιακή

ταχύτητα υ = ωR

περίοδος συχνότητα Τ = ή f =

γωνιακή ταχύτητα περίοδος συχνότητα ω = = 2πf

Απαραίτητη προϋπόθεση για κυκλική κίνηση είναι η ύπαρξη δύναμης (ή δυνάμεων) που θα παίξει το ρόλο της κεντρομόλου

Η κεντρομόλος δεν μια ακόμα δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά είναι η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ακτίνας και με θετική φορά προς το κέντρο της κυκλικής τροχιάς

7-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 9: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Τελεστές μονάδωνυποπολλαπλάσια πολλαπλάσια

deci d 10-1 Deca da 101

centi c 10-2 Hecto h 102

milli m 10-3 Kilo k 103

micro μ 10-6 Mega M 106

nano n 10-9 Giga G 109

pico p 10-12 Terra T 1012

παραδείγματα

5 cm = 510-2 m2 mm = 210-3 m4 μC = 410-6 C

10 nF = 1010-9 F = 10-8 F5 kHz = 5103 Hz2 kW = 2103 W

07 mA = 0710-3 A = 710-110-3 A = 710-4 A001 cm = 00110-2 m = 10-210-2 m = 10-4 m

001 cm2 = 001middot(10-2 m)2 = 10-2middot(10-2)2 m2 = 10-2middot10-4 m2 = 10-6 m2

-4-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

11 Το εμβαδόν της βάσης ενός επίπλου είναι ίσο με 1000 cm2Να βρείτε την τιμή του σε m2 dm2 mm2

12 Η απόσταση Αθήνας - Τρίπολης είναι 180 kmΝα βρείτε την τιμή της σε m dm mm

13 Ο όγκος ενός δοχείου είναι 10 LΝα βρείτε την τιμή του σε m3 dm3 mm3

14 Να μετατρέψετε σε μονάδες SI τα εξής5 mm 132middot10-2 nm 0075 km 55 kmh 72 ms 12 GHz 5 μC 02 mH 25

μF12 mg 535 kW 5 mL 17 cm2 55 mm 632 min 789 mA 15 cm3 1256 kJ

15 Να αντιστοιχίσετε τα φυσικά μεγέθη με τις μονάδες μέτρησής τουςΠοια από αυτά είναι μονόμετρα και ποια διανυσματικά

Φυσικά μεγέθη Μονάδες μέτρησης

Μονόμετρο ή Διάνυσμα

μήκος s

χρόνος m

μάζα kg

δύναμη N

ταχύτητα ms2

επιτάχυνση W

συχνότητα ms

φορτίο F

έργο - ενέργεια H

ισχύς Jένταση ηλεκτρικού

ρεύματος C

χωρητικότητα A

συντελεστής αυτεπαγωγής Hz

5-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Μεταφορική Κίνηση

Μετατόπιση Ταχύτητα Επιτάχυνση

Ομαλή

χ = υt υ = σταθ α = 0

Ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική

ταχύτητα

χ = αt2 υ = αt α = σταθ

Ομαλά επιταχυνόμενη

μεαρχική

ταχύτητα

χ = υ0t + αt2 υ = υ0 + αt α = σταθ

Ομαλά επιβραδυνόμεν

η

χ = υ0t - αt2 υ = υ0 - αt α = σταθ

-6-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Σε όλα τα διαγράμματα χ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης σχετίζεται με

την ταχύτητα του κινητού Έτσι στην ομαλή κίνηση η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο Στην επιταχυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μεγαλώνει ενώ στην επιβραδυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μικραίνει

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μετατόπιση του κινητού

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης δίνει την επιτάχυνση α του κινητού Έτσι στις ομαλά μεταβαλλόμενες κινήσεις η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο

Σε όλα τα διαγράμματα α = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μεταβολή της ταχύτητας του κινητού

Αν κατά την ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση το κινητό τελικά σταματά η τελική του ταχύτητα μηδενίζεται και επομένως η ευθεία του διαγράμματος υ = f(t) θα καταλήγει στον άξονα των χρόνων Στην περίπτωση αυτή και εφόσον αποδειχθούν (αφού στο σχολικό βιβλίο δεν αναφέρονται) μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τύποι

του ολικού χρόνου κίνησης και της ολικής μετατόπισης

Απόδειξη Ισχύει ότι υ = υο ndash αt και επειδή το κινητό τελικά σταματά θέτουμε όπου υ = 0 και t = tολ οπότε η σχέση γράφεται ως εξής

0 = υο ndash αtολ =gt αtολ = υο =gt tολ =

Αντικαθιστώντας στον τύπο x = υοt ndash αt2 προκύπτει

xολ = υο =gt =gt

Ομαλή Κυκλική Κίνησηγραμμική ταχύτητα γωνιακή

ταχύτητα υ = ωR

περίοδος συχνότητα Τ = ή f =

γωνιακή ταχύτητα περίοδος συχνότητα ω = = 2πf

Απαραίτητη προϋπόθεση για κυκλική κίνηση είναι η ύπαρξη δύναμης (ή δυνάμεων) που θα παίξει το ρόλο της κεντρομόλου

Η κεντρομόλος δεν μια ακόμα δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά είναι η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ακτίνας και με θετική φορά προς το κέντρο της κυκλικής τροχιάς

7-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 10: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

11 Το εμβαδόν της βάσης ενός επίπλου είναι ίσο με 1000 cm2Να βρείτε την τιμή του σε m2 dm2 mm2

12 Η απόσταση Αθήνας - Τρίπολης είναι 180 kmΝα βρείτε την τιμή της σε m dm mm

13 Ο όγκος ενός δοχείου είναι 10 LΝα βρείτε την τιμή του σε m3 dm3 mm3

14 Να μετατρέψετε σε μονάδες SI τα εξής5 mm 132middot10-2 nm 0075 km 55 kmh 72 ms 12 GHz 5 μC 02 mH 25

μF12 mg 535 kW 5 mL 17 cm2 55 mm 632 min 789 mA 15 cm3 1256 kJ

15 Να αντιστοιχίσετε τα φυσικά μεγέθη με τις μονάδες μέτρησής τουςΠοια από αυτά είναι μονόμετρα και ποια διανυσματικά

Φυσικά μεγέθη Μονάδες μέτρησης

Μονόμετρο ή Διάνυσμα

μήκος s

χρόνος m

μάζα kg

δύναμη N

ταχύτητα ms2

επιτάχυνση W

συχνότητα ms

φορτίο F

έργο - ενέργεια H

ισχύς Jένταση ηλεκτρικού

ρεύματος C

χωρητικότητα A

συντελεστής αυτεπαγωγής Hz

5-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Μεταφορική Κίνηση

Μετατόπιση Ταχύτητα Επιτάχυνση

Ομαλή

χ = υt υ = σταθ α = 0

Ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική

ταχύτητα

χ = αt2 υ = αt α = σταθ

Ομαλά επιταχυνόμενη

μεαρχική

ταχύτητα

χ = υ0t + αt2 υ = υ0 + αt α = σταθ

Ομαλά επιβραδυνόμεν

η

χ = υ0t - αt2 υ = υ0 - αt α = σταθ

-6-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Σε όλα τα διαγράμματα χ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης σχετίζεται με

την ταχύτητα του κινητού Έτσι στην ομαλή κίνηση η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο Στην επιταχυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μεγαλώνει ενώ στην επιβραδυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μικραίνει

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μετατόπιση του κινητού

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης δίνει την επιτάχυνση α του κινητού Έτσι στις ομαλά μεταβαλλόμενες κινήσεις η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο

Σε όλα τα διαγράμματα α = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μεταβολή της ταχύτητας του κινητού

Αν κατά την ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση το κινητό τελικά σταματά η τελική του ταχύτητα μηδενίζεται και επομένως η ευθεία του διαγράμματος υ = f(t) θα καταλήγει στον άξονα των χρόνων Στην περίπτωση αυτή και εφόσον αποδειχθούν (αφού στο σχολικό βιβλίο δεν αναφέρονται) μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τύποι

του ολικού χρόνου κίνησης και της ολικής μετατόπισης

Απόδειξη Ισχύει ότι υ = υο ndash αt και επειδή το κινητό τελικά σταματά θέτουμε όπου υ = 0 και t = tολ οπότε η σχέση γράφεται ως εξής

0 = υο ndash αtολ =gt αtολ = υο =gt tολ =

Αντικαθιστώντας στον τύπο x = υοt ndash αt2 προκύπτει

xολ = υο =gt =gt

Ομαλή Κυκλική Κίνησηγραμμική ταχύτητα γωνιακή

ταχύτητα υ = ωR

περίοδος συχνότητα Τ = ή f =

γωνιακή ταχύτητα περίοδος συχνότητα ω = = 2πf

Απαραίτητη προϋπόθεση για κυκλική κίνηση είναι η ύπαρξη δύναμης (ή δυνάμεων) που θα παίξει το ρόλο της κεντρομόλου

Η κεντρομόλος δεν μια ακόμα δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά είναι η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ακτίνας και με θετική φορά προς το κέντρο της κυκλικής τροχιάς

7-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 11: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Μεταφορική Κίνηση

Μετατόπιση Ταχύτητα Επιτάχυνση

Ομαλή

χ = υt υ = σταθ α = 0

Ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική

ταχύτητα

χ = αt2 υ = αt α = σταθ

Ομαλά επιταχυνόμενη

μεαρχική

ταχύτητα

χ = υ0t + αt2 υ = υ0 + αt α = σταθ

Ομαλά επιβραδυνόμεν

η

χ = υ0t - αt2 υ = υ0 - αt α = σταθ

-6-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Σε όλα τα διαγράμματα χ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης σχετίζεται με

την ταχύτητα του κινητού Έτσι στην ομαλή κίνηση η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο Στην επιταχυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μεγαλώνει ενώ στην επιβραδυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μικραίνει

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μετατόπιση του κινητού

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης δίνει την επιτάχυνση α του κινητού Έτσι στις ομαλά μεταβαλλόμενες κινήσεις η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο

Σε όλα τα διαγράμματα α = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μεταβολή της ταχύτητας του κινητού

Αν κατά την ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση το κινητό τελικά σταματά η τελική του ταχύτητα μηδενίζεται και επομένως η ευθεία του διαγράμματος υ = f(t) θα καταλήγει στον άξονα των χρόνων Στην περίπτωση αυτή και εφόσον αποδειχθούν (αφού στο σχολικό βιβλίο δεν αναφέρονται) μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τύποι

του ολικού χρόνου κίνησης και της ολικής μετατόπισης

Απόδειξη Ισχύει ότι υ = υο ndash αt και επειδή το κινητό τελικά σταματά θέτουμε όπου υ = 0 και t = tολ οπότε η σχέση γράφεται ως εξής

0 = υο ndash αtολ =gt αtολ = υο =gt tολ =

Αντικαθιστώντας στον τύπο x = υοt ndash αt2 προκύπτει

xολ = υο =gt =gt

Ομαλή Κυκλική Κίνησηγραμμική ταχύτητα γωνιακή

ταχύτητα υ = ωR

περίοδος συχνότητα Τ = ή f =

γωνιακή ταχύτητα περίοδος συχνότητα ω = = 2πf

Απαραίτητη προϋπόθεση για κυκλική κίνηση είναι η ύπαρξη δύναμης (ή δυνάμεων) που θα παίξει το ρόλο της κεντρομόλου

Η κεντρομόλος δεν μια ακόμα δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά είναι η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ακτίνας και με θετική φορά προς το κέντρο της κυκλικής τροχιάς

7-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 12: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Σε όλα τα διαγράμματα χ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης σχετίζεται με

την ταχύτητα του κινητού Έτσι στην ομαλή κίνηση η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο Στην επιταχυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μεγαλώνει ενώ στην επιβραδυνόμενη κίνηση η κλίση διαρκώς μικραίνει

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μετατόπιση του κινητού

Σε όλα τα διαγράμματα υ = f(t) η κλίση της γραφικής παράστασης δίνει την επιτάχυνση α του κινητού Έτσι στις ομαλά μεταβαλλόμενες κινήσεις η γραφική παράσταση είναι ευθύγραμμο τμήμα του οποίου η κλίση είναι σταθερή σε κάθε σημείο

Σε όλα τα διαγράμματα α = f(t) το εμβαδόν που περικλείεται ανάμεσα στη γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων είναι ίσο με τη μεταβολή της ταχύτητας του κινητού

Αν κατά την ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση το κινητό τελικά σταματά η τελική του ταχύτητα μηδενίζεται και επομένως η ευθεία του διαγράμματος υ = f(t) θα καταλήγει στον άξονα των χρόνων Στην περίπτωση αυτή και εφόσον αποδειχθούν (αφού στο σχολικό βιβλίο δεν αναφέρονται) μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τύποι

του ολικού χρόνου κίνησης και της ολικής μετατόπισης

Απόδειξη Ισχύει ότι υ = υο ndash αt και επειδή το κινητό τελικά σταματά θέτουμε όπου υ = 0 και t = tολ οπότε η σχέση γράφεται ως εξής

0 = υο ndash αtολ =gt αtολ = υο =gt tολ =

Αντικαθιστώντας στον τύπο x = υοt ndash αt2 προκύπτει

xολ = υο =gt =gt

Ομαλή Κυκλική Κίνησηγραμμική ταχύτητα γωνιακή

ταχύτητα υ = ωR

περίοδος συχνότητα Τ = ή f =

γωνιακή ταχύτητα περίοδος συχνότητα ω = = 2πf

Απαραίτητη προϋπόθεση για κυκλική κίνηση είναι η ύπαρξη δύναμης (ή δυνάμεων) που θα παίξει το ρόλο της κεντρομόλου

Η κεντρομόλος δεν μια ακόμα δύναμη που ασκείται στο σώμα αλλά είναι η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ακτίνας και με θετική φορά προς το κέντρο της κυκλικής τροχιάς

7-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 13: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ακεντρ = = ω2R Fκεντρ = = mω2R

-8-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 14: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ

21 Η θέση ενός κινητού μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα Ποιο από τα διαγράμματα που ακολουθούν μας δίνει την αλγεβρική τιμή της ταχύτητας του κινητού σε συνάρτηση με τον χρόνο

α) β)

γ) δ)

22 Για ένα κινητό όπου για t0 = 0 είναι x0 = 0 η μετατόπιση αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο του χρόνου Η κίνηση του κινητού είναι

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη με αρχική ταχύτηταγ) ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενηδ) ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη χωρίς αρχική ταχύτητα

23 Το διάγραμμα θέσης - τετραγώνου του χρόνου για ένα σημειακό αντικείμενο που κινείται ευθύγραμμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα Τι είδους κίνηση εκτελεί το κινητό

α) ευθύγραμμη ομαλήβ) ευθύγραμμη με σταθερή

επιτάχυνση Η τιμή της επιτάχυνσης είναι

α) 1 ms2 β) 2 ms2 γ) 4 ms2

9-

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms)

4

0 5 10 15 20 t (s)

-4

υ (ms) 4

2 0 5 10 15 20 t (s)

υ (ms)

2 0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

20

0 5 10 15 20 t (s)

x (m)

6

4

2

0 1 2 3 4 t2(s2)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 15: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

24 Για την ευθύγραμμη κίνηση ενός κινητού η αλγεβρική τιμή της ταχύτητας μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λάθος

α) το κινητό έχει αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 10 ms επιταχύνεται στη συνέχεια κινείται ομαλά και στο τέλος επιβραδύνεται μέχρι να σταματήσει

β) το μέτρο της επιβράδυνσης του κινητού είναι διπλάσιο από το μέτρο της επιτάχυνσης

γ) το εμβαδόν που περικλείεται μεταξύ της γραφικής παράστασης και του άξονα των χρόνων μας δίνει την τιμή της συνολικής μετατόπισης του κινητού

δ) τη χρονική στιγμή t = 15 s η θέση του κινητού συμπίπτει με τη θέση του τη χρονική στιγμή t = 0

25 Ένα αυτοκίνητο κινείται με ταχύτητα 108 kmh Κάποια χρονική στιγμή ο οδηγός πατάει φρένο οπότε το αυτοκίνητο επιβραδύνεται με σταθερή επιβράδυνση α = 3 ms2

α) Να βρείτε πόσο έχει μετατοπιστεί όταν η ταχύτητά του μειωθεί στο μισόβ) Να βρείτε σε πόσο χρόνο θα σταματήσει Ποια θα είναι η συνολική του

μετατόπιση γ) Να κατασκευάσετε τα διαγράμματα α ndash t υ ndash t x ndash t

[ 1125 m 10 s 150 m]

26 Ένα αυτοκίνητο ξεκινάει από την ηρεμία κινείται ευθύγραμμα με σταθερή επιτάχυνση και μετά από το χρόνο 5 s έχει αποκτήσει ταχύτητα υ1 = 30 ms Στη συνέχεια κινείται με σταθερή ταχύτητα για 5 s ακόμα και τέλος επιβραδύνεται ομαλά και σταματά μετά από άλλα 10 s

α) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα ταχύτητας ndash χρόνουβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του κινητού μέχρι να σταματήσειγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash χρόνου δ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash χρόνου

[ 375 m ]

27 Η ταχύτητα ενός κινητού που κινείται ευθύγραμμα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο όπως φαίνεται στο διάγραμμα Αν τη χρονική στιγμή t = 0 το κινητό βρίσκεται στη θέση x = 0 τότε

α) Να αναγνωριστούν τα είδη των κινήσεωνβ) Να υπολογίσετε τη συνολική μετατόπιση του

κινητούγ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα επιτάχυνσης ndash

χρόνουδ) Να κατασκευάσετε το διάγραμμα θέσης ndash

χρόνου[ 1125 m ]

28 Κινητό διαγράφει κύκλο ακτίνας R = 20 m με ταχύτητα σταθερού μέτρου Σε χρόνο 10 min ολοκληρώνει 120 περιστροφές Να βρεθούν

α) το μέτρο της ταχύτητάς του

-10-

υ (ms)

20

10

0 5 10 15 t (s)

υ(ms)

15

10 5

5 10 15 t(s)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 16: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) η γωνιακή του ταχύτηταγ) η συχνότητά τουδ) η περίοδος περιστροφής του

[ 8π ms ]

11-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 17: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Εύρεση των δυνάμεων που δέχεται ένα σώμα και η σχεδίασή τους

Κάθε σώμα δέχεται δυνάμεις από τα σώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή καθώς και την έλξη της Γης (το βάρος του)

Οι δυνάμεις στη φύση εμφανίζονται πάντα κατά ζεύγη με ίσα μέτρα και αντίθετες φορές (δράση - αντίδραση) Έτσι όσες δυνάμεις δέχεται ένα σώμα τόσες και ασκεί Συνήθως δεν σχεδιάζω όλες τις δυνάμεις αφού δεν με ενδιαφέρει τι κάνουν τα άλλα σώματα

Το βάρος κάθε σώματος (w = mg) σχεδιάζεται στο κέντρο μάζας (CM) του σώματος το οποίο είναι το κέντρο συμμετρίας του εφόσον το σώμα είναι ομογενές και συμμετρικό με κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω

Προσοχή αν η άσκηση αναφέρει ότι το σώμα είναι αβαρές προφανώς δεν σχεδιάζω βάρος

Οι δυνάμεις που δέχεται το σώμα από τα άλλα με τα οποία έρχεται σε επαφή είναι κάθετες στην επιφάνεια επαφής

Αν αναφέρεται η φράση laquoλείο επίπεδοraquo τότε εννοείται ότι δεν υπάρχει τριβή Αν η άσκηση αναφέρει τριβή τότε θα τη σχεδιάζω με διεύθυνση παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και φορά τέτοια ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση του σώματος

Οι δυνάμεις στα άκρα ενός νήματος έχουν πάντα το ίδιο μέτρο (δράση - αντίδραση) είτε ισορροπούν τα σώματα που είναι δεμένα με το νήμα είτε όχι (το νήμα θεωρείται πάντα αβαρές) H διεύθυνση των δυνάμεων είναι η διεύθυνση του νήματος και η φορές τους τέτοιες ώστε να έλκουν τα σώματα

Η δύναμη από μια άρθρωση μπορεί να έχει μια οποιαδήποτε κατεύθυνση και έτσι τη σχεδιάζω τυχαία Το μέτρο της και η πραγματική της κατεύθυνση (αν χρειάζεται) θα βρεθεί από τη λύση της άσκησης

Οι κυριότερες δυνάμεις που παρουσιάζονται στα προβλήματα και πρέπει να τις σχεδιάσουμε μόνοι μας είναι οι εξής

Δύναμη από το νήμα ( Τ άση) - T έχει πάντα ως φορέα το νήμα και φορά τέτοια ώστε να έλκει το σώμα στο οποίο ασκείται (σχ1)

Η έλξη της γης ( Β άρος) - w έχει πάντα κατακόρυφη διεύθυνση και φορά προς τα κάτω (σχ1 2 3)

Δύναμη από λείο επίπεδο (Αντίδραση) - Ν είναι πάντα κάθετη στο επίπεδο και έχει φορά από το επίπεδο προς το σώμα (σχ 2 3)

-12-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 18: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Δύναμη μεταξύ επιφανειών ( Τ ριβή) - Τ είναι πάντα παράλληλη με την επιφάνεια επαφής και έχει τέτοια φορά ώστε να αντιτίθεται στην ολίσθηση (σχ 3)

13-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 19: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Πως αναλύω μια δύναμη (ή γενικότερα ένα διάνυσμα) σε συνιστώσες

Κάθε δύναμη που η διεύθυνση της δεν συμπίπτει με έναν από τους επιλεγμένους άξονες (xx΄ και yy΄) πρέπει να αναλυθεί σε αυτούς

Παρατήρησε ότι

i Οι συνιστώσες Fx και Fy έχουν την ίδια αρχή με τη laquoμητρικήraquo δύναμη F

ii H συνιστώσα που είναι προσκείμενη της γωνίας θ παίρνει το συνθ ενώ η άλλη παίρνει το ημθ

Έτσι για το παραπάνω σχήμα Fx = Fmiddotσυνθ και Fy = Fmiddotημθ

(αν η γωνία θ ήταν η γωνία μεταξύ της F και του άξονα y τότε οι σχέσεις θα ήταν αντίστροφες)

Πως επιλέγω τους άξονες Αν το σώμα που μελετώ ισορροπεί τότε διαλέγω άξονες που ταυτίζονται με τις

διευθύνσεις των περισσοτέρων δυνάμεων της άσκησης ώστε να περιορίσω τις δυνάμεις που θα χρειαστεί να αναλύσω Θετική φορά βάζω όποια θέλω

Αν το σώμα που μελετώ κινείται τότε διαλέγω άξονες έτσι ώστε ο ένας να ταυτίζεται με τη φορά της κίνησης και ο άλλος να είναι κάθετος σε αυτή Για τον άξονα της κίνησης βάζω θετική φορά τη φορά της κίνησης

Όλες οι δυνάμεις είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Οι δυνάμεις Ν και Τ είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Tο βάρος w είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε wχ και wy

( φ1 = φ2 είναι οξείες γωνίες με πλευρές κάθετες )

-14-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 20: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Οι δυνάμεις F και w είναι πάνω στους άξονες

άρα δεν χρειάζονται ανάλυση

Η τάση του νήματος είναι εκτός αξόνωνάρα θα αναλυθεί σε Τχ και Τy

(φ1 = φ2 ως εντός εναλλάξ γωνίες)

H στατική τριβή και η τριβή ολίσθησηςΑν ένα σώμα δεν έχει λόγο να ολισθήσει τότε δεν δέχεται καμία τριβή (πχ

ισορροπία σε οριζόντιο επίπεδο)Αν ένα σώμα έχει την τάση να ολισθήσει αλλά ισορροπεί τότε δέχεται τριβή η

οποία χαρακτηρίζεται στατική τριβή Η στατική τριβή δεν έχει συγκεκριμένη τιμή αλλά το μέτρο της είναι τέτοιο ώστε η συνισταμένη των δυνάμεων στον άξονα που τείνει να μετακινηθεί το σώμα να είναι μηδέν

Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει το μέτρο της στατικής τριβής (δεχόμαστε ότι) είναι ίση με το μέτρο της τριβής ολίσθησης

Αν το σώμα ολισθαίνει σε μη λείο επίπεδο τότε δέχεται τριβή που χαρακτηρίζεται τριβή ολίσθησης Το μέτρο της τριβής ολίσθησης δίνεται από το νόμο της τριβής ολίσθησης που εκφράζεται από τη σχέση

όπου μ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και Ν η κάθετη δύναμη που πιέζει τις επιφάνειες που ολισθαίνουν

ΕλατήριαΝόμος του Hook F = kΔl ο νόμος ισχύει για

το μέτρο της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η παραμόρφωσή του με βάση το φυσικό του μήκος

το μέτρο της μεταβολής της δύναμης του ελατηρίου αν Δl είναι η μεταβολή της παραμόρφωσής του

Έργο δύναμης ελατηρίου W = kΔl - kΔl

Η σχέση δίνει και το σωστό πρόσημο οπότε δεν χρειάζεται να βάλω πρόσημο

Δυναμική ενέργεια ελατηρίου U = kΔl2

Δl η παραμόρφωση του ελατηρίου με βάση το φυσικό του μήκος

15-

Τ = μmiddotΝ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 21: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ31 Σώμα μάζας m βρίσκεται σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας

κλίσης φ Να σχεδιαστούν οι δυνάμεις που δέχεται το σώμαα) αν το επίπεδο είναι λείοβ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ισορροπείγ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα ανέρχεταιδ) αν το επίπεδο δεν είναι λείο και το σώμα κατέρχεται

32 Το σώμα του σχήματος ισορροπεί με τη βοήθεια δύναμης FΝα βρεθεί η δύναμη F και η τάση του νήματος αν m = 5 kg φ = 300 και g = 10 ms2

[ 50 Ν 100 Ν ]

33 Σε κιβώτιο μάζας m = 10 kg που αρχικά ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη μέτρου F = 100 N για t1 = 5 s και μετά η δύναμη καταργείται Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδου είναι μ = 01 να βρεθούνα η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ ο ολικός χρόνος κίνησης του σώματοςγ το ολικό διάστημα που διανύειΔίνεται g = 10ms2

[ 45 ms 50 s 1125 m ]

34 Σώμα μάζας m = 10 kg κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου υ = 20 ms σε οριζόντιο δρόμο με την επίδραση δύναμης μέτρου F = 100 Ν που σχηματίζει θ = 60deg με το οριζόντιο επίπεδο προς τα πάνω Μετά από 10 s η F καταργείταιΝα βρεθούνα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και επιπέδουβ Ο χρόνος που θα σταματήσει το σώμα μετά την κατάργηση της δύναμηςΔίνεται g = 10 ms2

[ 1 2 s ]35 Σώμα ρίχνεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ = 30deg με υ = 20 ms

Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ = να βρεθούνα Η απόσταση που διανύει στο κεκλιμένο επίπεδο μέχρι να σταματήσει

στιγμιαίαβ Να εξεταστεί αν θα επιστρέψει στη βάση του κεκλιμένου και αν ναι σε πόσο

χρόνο και με ποια ταχύτηταΔίνεται g = 10 ms2

[ 25 m 5 s 10 ms ]

36 Σε σώμα m = 2 kg αρχικά ακίνητο σε λείο οριζόντιο επίπεδο ασκείται οριζόντια δύναμη F της οποίας η αλγεβρική τιμή δείχνεται στο διάγραμμαα Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική

στιγμή t = 8 sβ Να γίνει το διάγραμμα (υ t)Δίνεται g = 10 ms2

[ 80 ms ]

-16-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 22: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

37 Όταν το σύστημα του σχήματος αφεθεί ελεύθερο να βρεθούν

α Το διάστημα που διανύει η m1 σε 2 sβ Η ταχύτητα του m2 σε 2 sγ Η τάση του νήματοςΔίνονται m1 = m2 = 5 kg g = 10 ms2 και ο

συντελεστήςτριβής ολίσθησης του m1 με το δάπεδο μ = 025

(Η τροχαλία θεωρείται αβαρής)[ 75 m 75 ms 3125 N ]

38 Σώμα m = 2 kg ξεκινά να ανέρχεται από τη βάση κεκλιμένου επιπέδου κλίσης θ με την επίδραση οριζόντιας δύναμης F = 100 N Αν μ = 01 να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος όταν αυτό έχει διανύσει 604 m στο κεκλιμένο επίπεδοΔίνονται ημθ = 06 συνθ = 08 g = 10 ms2

[ 604 ms ]

39 Σώμα μάζας m = 1 kg είναι αρχικά ακίνητο σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 01 Τη χρονική στιγμή t = 0 στο σώμα ασκούνται δύο οριζόντιες δυνάμεις κάθετες μεταξύ τους με μέτρα F1 = 8 Ν και F2 = 6 ΝΝα βρεθεί η ταχύτητα του σώματος στο οριζόντιο επίπεδο μετά από 4 s καθώς και το διάστημα που έχει διανύσει στη διάρκεια του 4ου δευτερολέπτου της κίνησης του

[ 36 ms 315 m ]

310 Σε σώμα m = 5 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο ασκείται δύναμη μέτρου F = 30 Ν που σχηματίζει θ = 450 προς τα πάνω με το οριζόντιο επίπεδο Αν ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι μ = 02 και η F ασκείται για t1 = 5 s και μετά καταργείται να βρεθούν

α Η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή που καταργείται η δύναμηβ Ο συνολικός χρόνος κίνησης του σώματος μέχρι να σταματήσειγ Να γίνουν τα διαγράμματα υ(t) και α(t)

[ 26 ms 18 s ]

311 Ένα μικρό σφαιρίδιο μάζας m κρέμεται από μη έκτατο νήμα μήκους L = 10 m Το σφαιρίδιο περιστρέφεται ομαλά κυκλικά σε οριζόντιο επίπεδο κατά τρόπο που το νήμα να διαγράφει περιφέρεια κώνου Η γωνία που σχηματίζει το νήμα με την κατακόρυφο είναι θ = 450

Να βρεθούνα το μέτρο της γραμμικής ταχύτητας του σφαιριδίουβ η περίοδος περιστροφής του σφαιριδίου

[ 10 ms 2π s ]

312 Σε ένα ρολόι ο ωροδείκτης και ο λεπτοδείκτης δείχνει τη 12η ώρα ακριβώς Μετά από πόσο χρόνο οι δείκτες θα σχηματίσουν για πρώτη φορά γωνίες π και 2π

[ 18011 s 36011 s 72011 s ]

313 Σώμα μάζας m = 1 kg ηρεμεί σε οριζόντιο δάπεδο με το οποίο έχει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 05 Στο σώμα ασκείται δύναμη F = 10 N για χρονικό διάστημα t1 = 10 s που σχηματίζει γωνία φ με τον ορίζοντα προς τα πάνω ώστε ημφ = 06 και συνφ = 08 Η δύναμη μετά καταργείται

17-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 23: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Να υπολογίσετεα τον ολικό χρόνο κίνησης μέχρι το σώμα να σταματήσειβ την ολική μετατόπιση του σώματος μέχρι να σταματήσειΔίνεται g = 10 ms2

[ 22 s 660 m ]

-18-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 24: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Έργο δύναμηςΔύναμη σταθερού μέτρουΕυθύγραμμη μετατόπιση

W = Fxσυνφ(φ η γωνία μεταξύ F και x)

Δύναμη σταθερού μέτρουΕφαπτόμενη σε τυχαία μετατόπιση W = Fx

Δύναμη εφαπτόμενη στη μετατόπισητης οποίας το μέτρο μεταβάλλεται

σε συνάρτηση με τη μετατόπιση W = εμβαδό στη γραφική παράσταση F-x

Το έργο είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μέτρο Θετικό αν η δύναμη βοηθά στη μετατόπιση ήΑρνητικό αν η δύναμη αντιτίθεται στη μετατόπιση

Το κατάλληλο πρόσημο άλλοτε βγαίνει από τον τύπο και άλλοτε πρέπει να το βάζω εγώ

Έργο βάρουςW = plusmn mgh

To έργο του βάρους δίνεται πάντα από την ίδια σχέση αδιάφορο του τι διαδρομή ακολουθεί το σώμα και είναι

Θετικό αν η τελική θέση του σώματος είναι χαμηλότερα από την αρχική ή

Αρνητικό αν η τελική θέση του σώματος είναι ψηλότερα από την αρχική

Το h είναι η κατακόρυφη μετατόπιση του κέντρου μάζας του σώματος

Δυναμική ενέργεια βαρυτικού πεδίουU = plusmn mgh

H δυναμική ενέργεια λαμβάνεται πάντα ως προς κάποιο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς το οποίο ορίζουμε αυθαίρετα (συνήθως στην κατώτερη θέση από την οποία διέρχεται το σώμα)

Το h είναι η κατακόρυφη απόσταση του υλικού σημείου ή του κέντρου μάζας του στερεού σώματος από το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς

Αν το υλικό σημείο ή κέντρο μάζας του σώματος είναι πάνω από το επίπεδο αναφοράς η δυναμική ενέργεια είναι θετική ενώ αν είναι κάτω από αυτό η δυναμική ενέργεια είναι αρνητική

Κινητική ενέργεια

Μεταφορική κίνηση Κ = mυ2

ΠΡΟΣΟΧΗ H κινητική ενέργεια είναι μονόμετρο μέγεθος και πάντα θετικό

19-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 25: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΘερμότηταΗ θερμότητα που εκλύεται στο περιβάλλον λόγω τριβής είναι

ίση με την απόλυτη τιμή του έργου της τριβήςΓενικότερα η θερμότητα είναι ίση με την απόλυτη τιμή της μεταβολής

της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός σώματος ή ενός συστήματος σωμάτων

Ρυθμός μεταβολής ενέργειας ( Ισχύς )Μέσος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Μέση Ισχύς) P =

Στιγμιαίος ρυθμός μεταβολής ενέργειας

(Στιγμιαία Ισχύς)P = ( dt 0 )

Όταν η άσκηση αναφέρει απλώς ισχύ εννοεί τη στιγμιαία ισχύ

Στιγμιαίος Ρυθμός Μεταβολής

Ορμής

Βαρυτικής δυναμικήςενέργειας

(+) όταν το σώμα ανέρχεται(-) όταν το σώμα κατέρχεται

Δυναμικής ενέργειαςελατηρίου (+) όταν μεγαλώνει η παραμόρφωση του ελατηρίου

(-) όταν μειώνεται η παραμόρφωση του ελατηρίου

Κινητικής ενέργειας (+) όταν η ΣF έχει φορά ίδια με τη φορά κίνησης του σώματος

(-) όταν η ΣF έχει φορά αντίθετη από τη φορά κίνησης του σώματος

ΠΡΟΣΟΧΗ όλες οι προηγούμενες σχέσεις πρέπει να αποδεικνύονται

-20-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 26: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας (ΘΜΚΕ)Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος

είναι ίση με το άθροισμα των έργων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό

ΔΚ = ΣW =gt Κτελ - Καρχ = W1 + W2 + W3 + hellipTo ΘΜΚΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας και ισχύει σε όλες τις

περιπτώσειςΘα το εφαρμόζω αφού έχω σχεδιάσει τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα και

έχω δει ότι μπορώ να βρω τα έργα τουςΙδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στο πρόσημο του κάθε έργουΔυνάμεις που προκαλούν τη μετατόπιση του σώματος (ή βοηθούν σε αυτή)

έχουν θετικό έργο ενώ δυνάμεις που αντιτίθενται στη μετατόπιση του σώματος έχουν αρνητικό έργο

Αν το έργο αντικατασταθεί με κάποιο τύπο θα πρέπει να προσεχθεί να μη μπει το πρόσημο δύο φορές (μία μέσω του τύπου και μία από εμάς)

Αρχή Διατήρησης Μηχανικής Ενέργειας (ΑΔΜΕ)ΕΜΗΧαρχ = ΕΜΗΧτελ =gt Uαρχ + Καρχ = Uτελ + Κτελ

Η ΑΔΜΕ εκφράζει την αρχή διατήρησης ενέργειας αλλά δεν ισχύει σε όλες τις περιπτώσεις

Θα την εφαρμόζω αν το σώμα κινείται με την επίδραση μόνο του βάρους του ή και άλλων δυνάμεων οι οποίες δεν έχουν έργο (πχ κάθετη αντίδραση τάση νήματος)

Η δύναμη ελατηρίου δεν αποκλείει την εφαρμογή της ΑΔΜΕ αρκεί στη δυναμική ενέργεια να συνυπολογιστεί και η δυναμική ενέργεια ελαστικής παραμόρφωσης του ελατηρίου

Θεώρημα διατήρησης της ορμής pπριν = pμετά

Στις κρούσεις και στις διασπάσεις ισχύει πάντα η αρχή διατήρησης της ορμής

Σε κάθε άλλη περίπτωση πρέπει να εξασφαλίζουμε ότι το σύστημα στο οποίο πρόκειται να εφαρμόσουμε το θεώρημα διατήρησης της ορμής δεν δέχεται εξωτερικές δυνάμεις

Υπάρχει περίπτωση το θεώρημα να ισχύει σε έναν άξονα και όχι σε κάποιον άλλο

Σε κάθε περίπτωση πρέπει να θυμάμαι ότι η ορμή είναι διανυσματικό μέγεθος και έτσι πρέπει να προσέχω σε ποιο άξονα εφαρμόζω το θεώρημα και τι πρόσημο βάζω σε κάθε ορμή

21-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 27: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

Γενικές παρατηρήσειςΌταν ξεκινώ τη λύση μιας άσκησης φροντίζω να κατανοήσω τα φαινόμενα που

συμβαίνουν και μελετώ το κάθε ένα από αυτά χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνειΌταν εφαρμόζω ένα θεώρημα ή κάποιες σχέσεις πρέπει να προσέχω ιδιαίτερα για

ποιο σώμα (ή σύστημα σωμάτων) και μεταξύ ποιων θέσεων ή χρονικών στιγμών το εφαρμόζω και καλό είναι να αναφέρω πάντα αυτές τις πληροφορίες

Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται στο ποια κατάσταση χαρακτηρίζω αρχική και ποια τελική Καθώς μελετώ τα φαινόμενα χωριστά και με τη σειρά που συμβαίνουν είναι προφανές ότι η τελική κατάσταση του ενός φαινομένου είναι η αρχική αυτού που έπεται

Η γενική ιδέα για την αντιμετώπιση όλων των ασκήσεων της μηχανικής είναι Αν το σώμα ισορροπεί σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα που με ενδιαφέρει και εφαρμόζω τις συνθήκες ισορροπίας Αν πρόκειται για σύστημα σωμάτων γράφω τις συνθήκες ισορροπίας για κάθε ένα από αυτά χωριστά Να θυμάμαι ότι οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωμάτων είναι κατά μέτρο ίσες και αντίθετες σε φορά (δράση αντίδραση) Αν υπάρχει κίνηση ελέγχω το είδος της για να εφαρμόσω τις αντίστοιχες σχέσεις Αν υπάρχει κίνηση και μου ζητούν (ή μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε σχεδιάζω τις δυνάμεις που δέχεται το σώμα κατά τη διάρκεια του φαινομένου που μελετώ τις αναλύω (αν χρειάζεται) στον άξονα της κίνησης και στον κάθετο σε αυτήν και εφαρμόζω το νόμο του Newton και τις αντίστοιχες εξισώσεις κίνησης Απαραίτητη προϋπόθεση είναι να έχω σταθερές δυνάμεις ώστε η επιτάχυνση να είναι σταθερή και η κίνηση ομαλά μεταβαλλόμενη Σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος του Newton να βρεθεί η επιτάχυνση αλλά δεν θα ισχύουν οι εξισώσεις κίνησης που ξέρω

Αν υπάρχει κίνηση αλλά δεν μου ζητούν (ή δεν μου δίνουν) χρόνο ή επιτάχυνση τότε προτιμώ να λύσω την άσκηση ενεργειακά εφαρμόζοντας την αρχή διατήρησης της μηχανικής ενέργειας (ΑΔΜΕ) ή το θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ΘΜΚΕ)

Η ΑΔΜΕ εφαρμόζεται ευκολότερα χωρίς να χρειάζεται να σχεδιάσω δυνάμεις αλλά δεν ισχύει πάντα Δεν ισχύει όταν υπάρχουν δυνάμεις που καταναλώνουν μηχανική ενέργεια (τριβή) ή δυνάμεις που προσφέρουν ενέργεια στο σώμα Το βάρος η κάθετη αντίδραση και η δύναμη ηλεκτρικού πεδίου δεν λαμβάνονται υπ όψιν προκειμένου να εφαρμόσω την ΑΔΜΕ

Το ΘΜΚΕ ισχύει πάντα αλλά έχει τη δυσκολία ότι πρέπει να σχεδιάσω δυνάμεις και πρέπει να μπορώ να υπολογίσω τα έργα τους

-22-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 28: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

H ανακύκλωσηΑνακύκλωση είναι η κυκλική κίνηση ενός σώματος σε κατακόρυφο επίπεδο Τα

προβλήματα με ανακύκλωση τα διακρίνουμε στις εξής περιπτώσεις

Ανακύκλωση σώματος που κινείται στο εσωτερικό κατακόρυφης κυκλικής τροχιάς ή είναι δεμένο στο άκρο νήματος Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση πρέπει να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς έχοντας την κατάλληλη ταχύτητα Για να βρω την ταχύτητα αυτή σκέπτομαι ως εξής

Αν το σώμα φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του με την ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα τότε είναι έτοιμο να πέσει οπότε η αντίδραση της τροχιάς (ή η τάση του νήματος) τείνει στο μηδέν Έτσι η μοναδική δύναμη που δέχεται το σώμα στη θέση αυτή είναι το βάρος του Αφού το σώμα κάνει κυκλική κίνηση το βάρος του παίζει το ρόλο της κεντρομόλου και ισχύει

w = Fκεντρ =gt mmiddotg = mmiddot =gt g = =gt gmiddotR = υ2 =gt υ =

Ανακύκλωση σώματος που είναι στερεωμένο στο άκρο ράβδου Για να μπορέσει το σώμα να ολοκληρώσει την ανακύκλωση αρκεί να φθάσει στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του (και να το περάσει ελάχιστα) έστω και με μηδενική ταχύτητα Έτσι δέχομαι ότι στην οριακή περίπτωση ανακύκλωσης η ταχύτητα στο ανώτερο σημείο είναι μηδέν

Και στις δύο περιπτώσεις συνήθως εφαρμόζω αρχή διατήρησης μηχανικής ενέργειας ανάμεσα στην ανώτερη θέση της ανακύκλωσης και μια άλλη θέση που με ενδιαφέρει

23-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 29: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

41 Σώμα μάζας m = 1 kg βρίσκεται στο ανώτερο σημείο Α του τεταρτοκυκλίου που είναι λείο Αν το αφήσουμε ελεύθερο φθάνοντας στο κατώτερο σημείο του τεταρτοκυκλίου Γ συνεχίζει την κίνηση του σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 02 Αν η ακτίνα του τεταρτοκυκλίου είναι R = 1 m να βρείτε α) την ταχύτητα του σώματος όταν διέρχεται

από το κατώτερο σημείο Γ του τεταρτοκυκλίουβ) τη μετατόπιση του σώματος πάνω στο οριζόντιο επίπεδογ) μετατροπές ενέργειας που έχουμε κατά τη διάρκεια της κίνησης του

σώματος[ ms 5 m ]

42 Σώμα μάζας m = 2 kg ξεκινά από την ηρεμία με την άσκηση οριζόντιας δύναμης F που το μέτρο της μεταβάλλεται όπως δείχνει το διάγραμμα F ndash x Αν η δύναμη καταργείται μετά από χ = 10m να βρεθούν α) η ταχύτητα του σώματος τη στιγμή κατάργησης

της δύναμης Fβ) η μετατόπιση του σώματος μετά την κατάργηση

της δύναμης έως ότου σταματήσειγ) η συνολική θερμότητα που παράχθηκεΔίνονται ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μ = 02

και g =10 ms2 [ 10 ms 25 m 140 J ]

43 Σώμα μάζας m = 19 kg ρίχνεται με ταχύτητα υο κατά μήκος κεκλιμένου επιπέδου φ προς τα πάνω και διανύει διάστημα S1 = 8019 m μέχρι να σταματήσει Το ίδιο σώμα ρίχνεται με την ίδια ταχύτητα υο σε οριζόντιο επίπεδο και διανύει διάστημα S2 = 16 m μέχρι να σταματήσειΑν το σώμα παρουσιάζει τον ίδιο συντελεστή τριβής με τα δύο επίπεδα να

βρεθούνα) ο συντελεστής τριβής β) η αρχική ταχύτητα υο του σώματοςγ) η θερμότητα που παράγεται στις δύο διαδρομές ( γιατί δεν είναι ίδια

Αιτιολογήστε)Δίνεται ημφ = 06 συνφ = 08 g = 10 ms2

[ 02 64 ms 128 J 608 J ]

44 Εργάτης μεταφέρει κουβά γεμάτο χαλίκι μάζας m = 20 kg στο δεύτερο όροφο οικοδομής από το δρόμο ανεβαίνοντας Ν = 30 σκαλιά Αν το ύψος του κάθε σκαλιού είναι h = 20 cm και ο εργάτης ανεβαίνει με σταθερή τιμή ταχύτητας να βρεθούν α) το έργο της δύναμης του εργάτηβ) το έργο του βάρους του κουβάγ) η δυναμική ενέργεια του κουβά στο δεύτερο όροφο οικοδομήςδ) η ισχύς του εργάτη αν χρειάστηκε 60 s για να ανεβάσει το κουβάε) αν ο κουβάς φύγει από τα χέρια του εργάτη και πέσει ελεύθερα στο κενό με

τι ταχύτητα προσκρούει στο δρόμο[ 1200 J - 1200 J 1200 J 20 W ms ]

-24-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 30: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

45 Μία μπάλα μάζας m = 05 kg ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα uo = 22 ms H μπάλα φθάνει μέχρι ύψος h = 20 m από το έδαφος Να βρείτε α) Αν υπάρχει αντίσταση από τον αέρα β) Ποιό είναι το έργο της αντίστασης γ) Με ποιά ταχύτητα θα φτάσει η μπάλα πάλι στο έδαφος

[ -21 J 178 ms ]

25-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 31: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

46 Ελατήριο σταθεράς Κ = 200 Νm είναι τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το ένα άκρο του στερεωμένο σε ανένδοτο τοίχωμα Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 5 Κg και συμπιέζουμε με αυτό το ελατήριο κατά Δl = 60 cm Όταν το σώμα αφήνεται ελεύθερο μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο κατά διάστημα χ = 1 m μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητα του Να υπολογιστεί ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδουΔίνεται g = 10 ms2

[ 04 ]

47 Ένα ελατήριο σταθεράς Κ = 100 Nm είναι στερεωμένο σε οροφή με τον άξονα του κατακόρυφο Στο κάτω άκρο του ελατηρίου στερεώνουμε σώμα μάζας m = 4 kg και το αφήνουμε ελεύθερο να κινηθεί Να υπολογιστούν

α) Η μέγιστη ταχύτητα του σώματοςβ) Η μέγιστη επιμήκυνση του ελατηρίου

[ 2 ms 08 m ]

48 Ένα αεροπλάνο με μάζα m = 2000 kg προσγειώνεται σrsquo ένα ακίνητο αεροπλανοφόρο με ταχύτητα υ0 = 216 Kmh Tη στιγμή της προσγείωσης ένας γάντζος που βρίσκεται στην ουρά του αεροπλάνου πιάνεται στο ένα άκρο ελατηρίου του οποίου το άλλο άκρο είναι στερεωμένο στο διάδρομο προσγείωσης Έτσι το αεροπλάνο σταματάει αφού διανύσει διάστημα χ = 100 m Λίγο αργότερα ένα πανομοιότυπο αεροπλάνο προσγειώνεται με την ίδια ταχύτητα υ0 = 216 kmh και με τον ίδιο τρόπο Τώρα όμως ύστερα από διάστημα χrsquo = 50 m o γάντζος σπάει Ποια είναι η ταχύτητα που έχει το δεύτερο αεροπλάνο τη στιγμή που έσπασε ο γάντζος( Η παραμόρφωση του ελατηρίου ακολουθεί το νόμο του Ηοοke και δεν υπάρχουν

τριβές )[ 30middot ms ]

49 Σφαιρίδιο μάζας m1 = 2 kg είναι δεμένο στο άκρο κατακόρυφου νήματος μήκους L = 08 m Εκτρέπουμε το σφαιρίδιο ώστε το νήμα να γίνει οριζόντιο και το αφήνουμε ελεύθερο Όταν το νήμα γίνει πάλι κατακόρυφο το σφαιρίδιο συναντά σώμα m2 = 6 kg που ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο Αν το σφαιρίδιο μετά την κρούση επιστρέφει με ταχύτητα μισή της ταχύτητας πριν την κρούση να βρεθούν α) η ταχύτητα του σφαιριδίου με την οποία συναντά το

σώμα β) την τιμή της τάσης του νήματος λίγο πριν το σφαιρίδιο συναντήσει το σώμαγ) την ταχύτητα του σώματος m2 μετά την κρούσηδ) ο συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και επιπέδου αν το σώμα σταματάει

αφού διανύσει διάστημα S = 2 mε) σε τι ύψος θα ξαναφτάσει το m1 στιγμιαία

[ 4 ms 60 N 2 ms 01 02 m ]

410 Ένα βλήμα μάζας m1 = 30 g κινείται οριζόντια και προσκρούει με ταχύτητα υ1 = 300 ms σrsquo ένα ακίνητο κομμάτι ξύλο μάζας m2 = 2997 kg στο οποίο ενσωματώνεται Το συσσωμάτωμα ολισθαίνει χωρίς τριβές σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο και είναι στηριγμένο με το άλλο του άκρο σε ανένδοτο τοίχωμαΝα βρεθούν α) Η ταχύτητα του συσσωματώματος αμέσως μετά την κρούση

-26-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 32: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

β) Η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου αν το θεωρήσουμε αμελητέας μάζας και με σταθερά k = 270Νm

[ 03 ms 01 m ]

27-

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 33: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

411 Έλκηθρο ηρεμεί σε πίστα χιονοδρομικού κέντρου και έχει μάζα m2 = 45 kg Ένα παιδί μάζας m1 = 30 kg τρέχοντας με ταχύτητα υ1 = 10 ms πηδάει πάνω στο έλκηθρο Αν ο συντελεστής μεταξύ έλκηθρου και χιονιού είναι μ = 005 να βρεθούν α) η κοινή ταχύτητα έλκηθρου ndash παιδιούβ) η μεταβολή της ορμής του παιδιού γ) η απόσταση που θα διανύσει το έλκηθρο μέχρι να σταματήσει αν η πίστα είναι

οριζόντιαδ) την απώλεια κινητικής ενέργειας του συστήματος παιδί ndash έλκηθρο κατά την

laquoκρούσηraquo τους[ 4 ms -180 kgmiddotms 900 J ]

412 Σώμα μάζας m1 = 1 kg εκτοξεύεται με ταχύτητα υο = 10 ms πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 025 Όταν διανύσει απόσταση Δχ = 72 m συναντά σώμα μάζας m2 = 3 kg και η κρούση είναι πλαστική Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ανεβαίνει κεκλιμένο επίπεδο γωνίας φ = 450 που έχει τον ίδιο συντελεστή τριβής με το οριζόντιο επίπεδοΝα βρεθούν α) η ταχύτητα του m1 πριν την κρούσηβ) η κοινή τους ταχύτητα μετά την σύγκρουσηγ) το ύψος που θα ανέβει το συσσωμάτωμα πάνω στο κεκλιμένο επίπεδο

[ 8 ms 2 ms 016 m ]

413 Ένα σώμα μάζας m1 = 2 kg αφήνεται να ολισθήσει από το σημείο Α κατά μήκος λείου τεταρτοκυκλίου που έχει ακτίνα R = 1 m Στο σημείο Γ το σώμα συγκρούεται μετωπικά και πλαστικά με άλλο σώμα μάζας m2 = 3 kg Στη συνέχεια το συσσωμάτωμα ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο με το οποίο παρουσιάζει συντελεστή τριβής μ = 02 Σε πόση απόσταση από το Γ θα σταματήσει το συσσωμάτωμα

[ 08 m ]

414 Ένα σώμα μάζας m = 1 kg αφήνεται χωρίς αρχική ταχύτητα σε κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσης φ = 30ο Το σώμα διανύει διάστημα S = 1 m και συναντάει ελατήριο σταθεράς k = 100 Nm όπως φαίνεται στο σχήμα Πόση είναι η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου

-28-

m1

υ1υ

Δx1

h

(Γ) (A)

(Δ)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 34: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

O συντελεστής τριβής μεταξύ σώματος και κεκλιμένου επιπέδου είναι μ =

[ 025 m ]

415 Ένα σώμα μάζας Μ = 20 kg αφήνεται να πέσει από ύψος h = 18 m στο κεφάλι ενός λοστού μάζας m = 10 kg Μετά την κρούση τα δύο σώματα κινούνται μαζί και έτσι ο λοστός εισχωρεί στο έδαφος κατά διάστημα S = 08 m Nα βρεθούνα) Η ταχύτητα του λοστού αμέσως μετά την κρούσηβ) Η μέση δύναμη αντίστασης που δέχεται ο λοστός από

το έδαφος [ 4 ms 600 N ]

416 Ένα βλήμα μάζας m = 50 g που κινείται με οριζόντια ταχύτητα υ0 διαπερνάει ένα ξύλινο σώμα μάζας M = 5 kg και εξέρχεται με ταχύτητα υ04 Το σώμα ολισθαίνει χωρίς τριβές πάνω σε οριζόντιο επίπεδο και συμπιέζει ελατήριο που βρίσκεται οριζόντια τοποθετημένο όπως φαίνεται στο σχήμα Αν η μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου είναι Δl = 30 cm να υπολογιστεί η ταχύτητα υ του βλήματοςΔίνεται η σταθερά του ελατηρίου k = 500 Νm

[ 400 ms ]

417 Κομμάτι ξύλου μάζας Μ = 39 kg κρέμεται από την άκρη νήματος μήκους L = 1 m που η άλλη άκρη του είναι δεμένη από σταθερό σημείο Βλήμα μάζας m = 01 kg κινείται οριζόντια με ταχύτητα υ1 = 100 msΝα βρείτε την ανύψωση (h) του κέντρου βάρους και το ποσοστό () της κινητικής ενέργειας που χάθηκε κατά την κρούση α) όταν το βλήμα σφηνώνεται και παραμένει μέσα στο ξύλοβ) όταν το βλήμα βγαίνει από την άλλη άκρη του ξύλου με ταχύτητα υ2 = 22 ms

[ 03125 m 975 02 m 936 ]

418 Δύο σώματα με μάζες m1 = 2kg και m2 = 10 kg συνδέονται με τεντωμένο σκοινί μέσω τροχαλίας όπως φαίνεται στο σχήμα Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης του σώματος μάζας m2 με το επίπεδο είναι μ = 014 Αφήνουμε το σύστημα ελεύθερο α) Να βρείτε την ταχύτητα του συστήματος μετά

από μετατόπιση κατά S = 1 m β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης που ασκεί το Σ1

στο Σ2[ 1 ms 19 J ]

29-

m2

m1

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 35: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

Εισαγωγικές Γνώσεις

419 Δύο σώματα με μάζες m1 = 4 kg και m2 = 3 kg βρίσκονται σε οριζόντιο επίπεδο και συνδέονται με τεντωμένο σκοινί Δύναμη F = 50 Ν ασκείται στη μάζα m1 με διεύθυνση που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία φ Αν ο συντελεστής τριβής μεταξύ σωμάτων και επιπέδου είναι μ = 01 και το σύστημα μετατοπίζεται κατά χ = 35 m να βρείτεα) το έργο της Fβ) την ταχύτητα του συστήματοςγ) το έργο της δύναμης Fo που ασκεί το πρώτο σώμα στο δεύτερο Δίνονται ημφ = 35 συνφ = 45

[ 140 J 6 ms 645 J ]

420 Στο διπλανό σχήμα m1 = 1 kg και m2 = 4 kg Tα σώματα αρχικά συγκρατούνται ακίνητα Τη χρονική στιγμή t = 0 s αφήνονται να κινηθούν Αν το νήμα είναι μη έκτατο (έχει συνέχεια το ίδιο μήκος) και η τροχαλία αβαρής να βρείτεα) την επιτάχυνση με την οποία κινείται η μάζα m1β) την τάση του νήματοςγ) τις ταχύτητες των μαζών όταν απέχουν υψομετρικά

κατά 15 mΣΗΜ Το τελευταίο ερώτημα να λυθεί και ενεργειακά

[ 6 ms2 16 N 3 ms ]

421 Σώμα μάζας m δένεται στην άκρη νήματος μήκους R = 2 m και πρόκειται να διαγράψει κατακόρυφο κύκλο Πόση οριζόντια ταχύτητα πρέπει να έχει στο κατώτερο σημείο της τροχιάς του για να μπορέσει να διαγράψει το κύκλο (να κάνει ανακύκλωση)

[ 10 ms ]

-30-

υ F

φ

υ1

υ2

w

T

Γ

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ
Page 36: ΦΥΣΙΚΗ (εισαγωγικές γνώσεις)

Κυζίκου 3Α ΝΙΚΑΙΑ 210 4256128

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ

422 Σώμα μάζας m = 2 kg στερεώνεται στην άκρη αβαρούς ράβδου μήκους R = 05 m που μπορεί να στρέφεται γύρω από οριζόντιο άξονα Το σώμα ηρεμεί στο ανώτερο σημείο της τροχιάς του Αν το εκτρέψουμε λίγο να βρεθεί η δύναμη που ασκεί η ράβδος στο σώμα στην κατώτερη θέση της τροχιάς Μπορεί το σώμα να κάνει ανακύκλωση

[ F = 100 N ναι ]

423 Από ποιο ύψος h πρέπει να αφήσουμε το βαγόνι του σχήματος ώστε να κάνει με ασφάλεια την ανακύκλωση Πόση δύναμη ασκεί τότε η επιφάνεια στο βαγόνι όταν αυτό βρίσκεται στη θέση Γ Τριβές δεν υπάρχουν η ακτίνα της κυκλικής διαδρομής είναι R = 2 m και η μάζα του βαγονιού είναι m = 5 kg

[ 5 m 150 N ]

31-

A

Γ

Ζ

h

R

υ2

υ1

wF

F

υ1

w

Γ

Α

F

  • Τ = μmiddotΝ