Κινήσεις δύο σωμάτων.

 

Σε λείο οριζόντιο επίπεδο ηρεμούν δυο σώματα Α και Β, το ένα πάνω στο άλλο όπως στο σχήμα. Σε μια στιγμή ασκούμε στο σώμα Α, μάζας m=1kg, μια οριζόντια δύναμη F, το μέτρο της οποίας μεταβάλλεται όπως στο πρώτο σχήμα, ενώ στο δεύτερο σχήμα δίνεται η επιτάχυνση που αποκτά το σώμα Β, σε συνάρτηση με το χρόνο. Δίνεται ακόμη ότι αρχικά τα δυο σώματα κινούνται μαζί προς τα δεξιά, ενώ g=10m/s2.

i)  Αφού εξηγήσετε γιατί μεταξύ των  δύο σωμάτων αναπτύσσεται τριβή, να σχεδιάσετε τις δυνάμεις που ασκούνται στα δυο σώματα (σε χωριστό σχήμα) αμέσως μετά την άσκηση της δύναμης F. 

ii) Να υπολογιστεί το μέτρο της δύναμης που επιταχύνει το σώμα Β, υπολογίζοντας και τη μάζα του. 

iii) Να ερμηνεύσετε τη μορφή του διαγράμματος της επιτάχυνσης του σώματος Β, σε συνάρτηση με το χρόνο, βρίσκοντας το λόγο που ενώ το μέτρο της δύναμης F, μετά τη στιγμή t1, αυξάνεται συνεχώς, η επιτάχυνση σταθεροποιείται τη στιγμή t2. 

iv) Να βρεθεί ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ των δύο σωμάτων.

Απάντηση:

ή

Κινήσεις δύο σωμάτων.

Κινήσεις δύο σωμάτων.

Κινήσεις δύο σωμάτων.

Με πλάγια δύναμη, αλλά και μετά…

 

Ένα σώμα μάζας 2kg ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο. Σε μια στιγμή t0=0 δέχεται την επίδραση μιας πλάγιας δύναμης F, με αποτέλεσμα να κινηθεί και στο σχήμα δίνεται το διάγραμμα της ταχύτητάς του σε συνάρτηση με το χρόνο, μέχρι τη στιγμή t1=4s, όπου παύει να ασκείται η δύναμη F. Κατά τη διάρκεια της κίνησης αυτής, από 0-4s, στο σώμα ασκείται τριβή ολίσθησης μέτρου Τ=3Ν.

Για την παραπάνω κίνηση:

i)  Να υπολογιστεί η επιτάχυνση με την οποία κινήθηκε το σώμα.

ii)  Ποια η μετατόπιση του σώματος τη στιγμή t1;

iii) Να υπολογιστεί το έργο της δύναμης F.

iv) Αν α2 το μέτρο της επιτάχυνσης, μετά την κατάργηση της δύναμης, ισχύει:

α)  α2 < 1,5m/s2,        β)  α2 =1,5m/s2,         γ) α2 > 1,5m/s2.

Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας.

Απάντηση:

ή

Με πλάγια δύναμη, αλλά και μετά…

Με πλάγια δύναμη, αλλά και μετά…

Με πλάγια δύναμη, αλλά και μετά…

Δυο μορφές δυναμικής ενέργειας.

 

Μια πλάκα μάζας m=2kg βρίσκεται στη θέση Α, σε ύψος h1=2m από ένα οριζόντιο επίπεδο, πάνω από ένα ιδανικό κατακόρυφο ελατήριο, το οποίο στηρίζεται στο επίπεδο, έχοντας το φυσικό μήκος του. Αφήνουμε την πλάκα να πέσει και τη στιγμή που έρχεται σε επαφή με το ελατήριο, θέση Β, απέχει κατά h2=0,75m από το επίπεδο, ενώ το ελάχιστο ύψος από το επίπεδο στο οποίο σταματά την κάθοδό της είναι h3=0,5m, στη θέση Γ.

Θεωρούμε ότι η πλάκα αυτή όταν βρίσκεται στο παραπάνω οριζόντιο επίπεδο έχει μηδενική (βαρυτική) δυναμική ενέργεια. Θεωρούμε ακόμη αμελητέα την αντίσταση του αέρα και  g=10m/s2:

i)  Ποια η μηχανική ενέργεια της πλάκας στην θέση Α;

ii) Να υπολογιστεί η ταχύτητα της πλάκας  τη στιγμή που έρχεται σε επαφή με το πάνω άκρο του ελατηρίου.

iii) Πόση ενέργεια έχει μεταφέρει η πλάκα στο ελατήριο στη θέση Γ; Με ποια μορφή νομίζετε ότι έχει την ενέργεια αυτή το ελατήριο; Αν δίνεται ότι η δύναμη που ασκεί το ελατήριο στο σώμα είναι συντηρητική, τι πρόκειται να γίνει στη συνέχεια με την ενέργεια αυτή;

Πραγματοποιούμε το πείραμα και βλέπουμε την πλάκα να πέφτει, να συμπιέζει το ελατήριο και να επιστρέφει φτάνοντας σε μέγιστο ύψος από το επίπεδο h4=1,8m, θέση Δ.

iv)  Πόση είναι η απώλεια μηχανικής ενέργειας της πλάκας κατά τη διάρκεια της κίνησης από το Α στο Δ και με το έργο ποιας δύναμης νομίζετε ότι συνδέεται; Να υπολογιστεί το έργο της δύναμης αυτής.

Απάντηση:

ή

Δυο μορφές δυναμικής ενέργειας.

Δυο μορφές δυναμικής ενέργειας.

Η μεταβολή της μηχανικής ενέργειας.

 

Ένα σώμα κινείται κατά μήκος ενός λείου κεκλιμένου επιπέδου και σε μια στιγμή περνά από την θέση (1) έχοντας ταχύτητα υ1, ενώ δέχεται την επίδραση μιας δύναμης F, οπότε μετά από λίγο περνά από την θέση (2) με ταχύτητα υ2, όπως στο σχήμα.

i)  Να αποδείξετε ότι το έργο της ασκούμενης δύναμης F, ισούται με την μεταβολή της μηχανικής ενέργειας του σώματος, μεταξύ των θέσεων (1) και (2).

ii)  Αν το σώμα έχει μάζα m=2kg και ηρεμεί στην θέση (1) με την επίδραση της δύναμης F0 παράλληλης στο επίπεδο, να βρεθεί το μέτρο της δύναμης, αν δίνεται η γωνία του κεκλιμένου επιπέδου θ=30°.

iii) Σε μια στιγμή αυξάνουμε το μέτρο της ασκούμενης δύναμης, με αποτέλεσμα το σώμα να κινηθεί προς τα πάνω και μετά από μετατόπιση x=2m, να περνά από την θέση (2) έχοντας αποκτήσει ταχύτητα υ2=2m/s. Θεωρείστε ότι το σώμα στην θέση (1) έχει μηδενική δυναμική ενέργεια.

α) Να υπολογισθεί η μηχανική ενέργεια του σώματος στις θέσεις (1) και (2).

β) Πόσο είναι το έργο της δύναμης F από την θέση (1) μέχρι τη θέση (2);

γ) Αν η επιτάχυνση του σώματος στη θέση (2) είναι 0,4m/s2, ίδιας κατεύθυνσης με την ταχύτητα, να υπολογιστεί η ισχύς της δύναμης στη θέση αυτή.

Δίνεται ημθ= ½ , συνθ=√3/2 ενώ g=10m/s2.

Απάντηση:

ή

Η μεταβολή της μηχανικής ενέργειας.

Η μεταβολή της μηχανικής ενέργειας.

Η μεταβολή της μηχανικής ενέργειας.