Oktatási Hivatal FIZIKA I. KATEGÓRIA. A 2016/2017. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló FELADATOK

Hasonló dokumentumok
A 2017/2018. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló FIZIKA II. KATEGÓRIA JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ. Pohár rezonanciája

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

1. Feladatok merev testek fizikájának tárgyköréből

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

KÖRMOZGÁS, REZGŐMOZGÁS, FORGÓMOZGÁS

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

A mérés célkitűzései: A matematikai inga lengésidejének kísérleti vizsgálata, a nehézségi gyorsulás meghatározása.

Mechanika. Kinematika

Nehézségi gyorsulás mérése megfordítható ingával

BEMUTATÓ FELADATOK (2) ÁLTALÁNOS GÉPTAN tárgyból

Rugalmas állandók mérése

Mérnöki alapok 2. előadás

Oktatási Hivatal FIZIKA. II. kategória. A 2017/2018. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 1. forduló. Javítási-értékelési útmutató

2. Rugalmas állandók mérése jegyzőkönyv javított. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

A Maxwell - kerékről. Maxwell - ingának is nevezik azt a szerkezetet, melyről most lesz szó. Ehhez tekintsük az 1. ábrát is!

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

Mérések állítható hajlásszögű lejtőn

Tehetetlenségi nyomaték, impulzusmomentum-tétel, -megmaradás

EGYSZERŰ GÉPEK. Azok az eszközök, amelyekkel kedvezőbbé lehet tenni az erőhatás nagyságát, irányát, támadáspontjának helyét.

Mérnöki alapok 2. előadás

Concursul Preolimpic de Fizică România - Ungaria - Moldova Ediţia a XVI-a, Zalău Proba experimentală, 3 iunie 2013

5. Fajhő mérése jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Gyakorló feladatok Feladatok, merev test dinamikája

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

Hatvani István fizikaverseny Döntő. 1. kategória

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló FIZIKA II. KATEGÓRIA MEGOLDÁSI ÚTMUTATÓ

3. Az alábbi adatsor egy rugó hosszát ábrázolja a rá ható húzóerő függvényében:

Fizika 1 Mechanika órai feladatok megoldása 10. hét

2. Rugalmas állandók mérése

Figyelem! Csak belső és saját használatra! Terjesztése és másolása TILOS!

Kirchhoff 2. törvénye (huroktörvény) szerint az áramkörben levő elektromotoros erők. E i = U j (3.1)

1. Feladatok munkavégzés és konzervatív erőterek tárgyköréből. Munkatétel

2.3 Newton törvények, mozgás lejtőn, pontrendszerek

Fizika feladatok - 2. gyakorlat

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése

Merev testek kinematikája

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

Mechanika - Versenyfeladatok

Rugalmas állandók mérése (2-es számú mérés) mérési jegyzõkönyv

2009/2010. tanév Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló. FIZIKA I. kategória FELADATLAP. Valós rugalmas ütközés vizsgálata.

SCM motor. Típus

A mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

Rönk kiemelése a vízből

Gépészmérnöki alapszak Mérnöki fizika ZH NÉV: október 18. Neptun kód:...

Osztályozó, javító vizsga 9. évfolyam gimnázium. Írásbeli vizsgarész ELSŐ RÉSZ

A felcsapódó kavicsról. Az interneten találtuk az alábbi, a hajítás témakörébe tartozó érdekes feladatot 1. ábra.

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

Tömegmérés stopperrel és mérőszalaggal

Kényszerfeltételek február 10. F = ma

Szilárd testek rugalmassága

A nagyobb tömegű Peti 1,5 m-re ült a forgástengelytől. Összesen: 9p

Oktatási Hivatal FIZIKA. I. kategória. A 2017/2018. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2. forduló. Javítási-értékelési útmutató

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

Érdekes geometriai számítások Téma: A kardáncsukló kinematikai alapegyenletének levezetése gömbháromszögtani alapon

MateFIZIKA: Pörgés, forgás, csavarodás (Vektorok és axiálvektorok a fizikában)

SCM motor. Típus

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának feladatai és megoldásai fizikából FIZIKA I.

Fázisátalakulások vizsgálata

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

Szeretném felhívni figyelmüket a feltett korábbi vizsgapéldák és az azokhoz tartozó megoldások felhasználásával kapcsolatban néhány dologra.

EGY ABLAK - GEOMETRIAI PROBLÉMA

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

Irányításelmélet és technika I.

ÁLTALÁNOS JÁRMŰGÉPTAN

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató. Ksin ma.

A 2009/2010. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második fordulójának feladatai és megoldásai fizikából. II. kategória

A magától becsukódó ajtó működéséről

Digitális tananyag a fizika tanításához

a) Az első esetben emelési és súrlódási munkát kell végeznünk: d A

Rugalmas állandók mérése

Ventilátor (Ve) [ ] 4 ahol Q: a térfogatáram [ m3. Nyomásszám:

2. MECHANIKA 2. MECHANIKA / 1. ω +x

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Jegyzőkönyv. mágneses szuszceptibilitás méréséről (7)

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória. J 0,063 kg kg + m 3

28. Nagy László Fizikaverseny Szalézi Szent Ferenc Gimnázium, Kazincbarcika február 28. március osztály

Csuklós mechanizmus tervezése és analízise

Fizika 1i, 2018 őszi félév, 4. gyakorlat

Mechanika Kinematika. - Kinematikára: a testek mozgását tanulmányozza anélkül, hogy figyelembe venné a kiváltó

Forgatónyomaték, egyensúlyi állapotok Az erőnek forgató hatása van. Nagyobb a forgatóhatás, ha nagyobb az erő, vagy nagyobb az erő és a forgástengely

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

32. Hatvani István fizikaverseny Döntő. 1. kategória. 6. higanymilliméter 7. kalória 8. rőf 9. véka 10. arasz

Fázisátalakulások vizsgálata

} számtani sorozat első tagja és differenciája is 4. Adja meg a sorozat 26. tagját! A = { } 1 pont. B = { } 1 pont. x =

1. MECHANIKA Periodikus mozgások: körmozgás, rezgések, lengések

38. Mikola Sándor Országos Tehetségkutató Fizikaverseny II. forduló március óra A verseny hivatalos támogatói

45. HÉT/ 1. foglalkozás 3 óra STABILITÁS

Fizika. Tanmenet. 7. osztály. 1. félév: 1 óra 2. félév: 2 óra. A OFI javaslata alapján összeállította az NT számú tankönyvhöz:: Látta: ...

A gradiens törésmutatójú közeg I.

Biliárd ötkor. Játék és fizika 60 percben. Sasvári László ELTE Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék. Az atomoktól a csillagokig 2014.

Függvények Megoldások

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika ZH, október 10.. CHFMAX. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

A kerekes kútról. A kerekes kút régi víznyerő szerkezet; egy gyakori változata látható az 1. ábrán.

Frissítve: Csavarás. 1. példa: Az 5 gyakorlat 1. példájához hasonló feladat.

Egy mozgástani feladat

Gyakorlat 30B-14. a F L = e E + ( e)v B képlet, a gravitációs erőt a (2.1) G = m e g (2.2)

37. Mikola Sándor Országos Tehetségkutató Fizikaverseny II. forduló március óra A verseny hivatalos támogatói

Az inga mozgásának matematikai modellezése

Átírás:

Oktatási Hivatal A 2016/2017. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA FELADATOK Bimetal motor tulajdonságainak vizsgálata A mérőberendezés leírása: A vizsgálandó motor egy könnyen forgó csapággyal ellátott hengerből sugár irányban kiálló 12 vékony réz és acél lemezből összeragasztott bimetál lemezből áll. A kerék felső felét egy változtatható teljesítményű hősugárzóval fűtjük. A teljesítmény szabályozására a szabályozó elektronika előlapján található potenciométer szolgál, amelynek elforgatásával az elfordulási szöggel arányosan a teljesítmény 0 és 1.8kW között változtatható. A fűtés bekapcsolása után a kerék forgásba jön. Ugyanakkor a kerék jobb oldalán elhelyezett karral a kerék helyzete rögzíthető. A kerékre külső forgatónyomatékot adhatunk a tengellyel összekötött 1cm sugarú hengerre felcsavar cérnára akasztott súlyokkal. A kívánt forgatónyomatékot megfelelő mennyiségű, 4 különböző méretű anyacsavarnak a cérna végére akasztott könnyű tartóba való elhelyezésével érhetjük el. Az anyacsavarok tömegei a következők: M4: 0,69g, M5: 1,05g, M6: 2,0g, M12:14,8g. A méréshez rendelkezésre áll 1 db stopperóra. Figyelmeztetés: A fűtéshez használt hősugárzó meleg. A köré elhelyezett hőszigetelés biztosítja, hogy ne tudjuk megégetni magunkat. Ugyanakkor semmiképpen ne nyúljunk a berendezés belsejébe! Erre a mérések elvégzéséhez nincs szükség. Bármilyen esetleges probléma esetén forduljunk a jelenlevő tanárokhoz! Mérési feladatok: 1. A rendszer tehetetlenségi nyomatékának meghatározása. A rendszert ne fűtsük be! Egy megfelelő súly ráakasztásával (kb. 5g) 5 pontban mérjük meg az adott elforduláshoz tartozó időt! Minden mérés állóhelyzetből indítsunk! A szögeket a lapátok segítségével mérjük, egész lapátnyi elfordulás alapján. A mérésekből készített megfelelő grafikon alapján határozzuk meg a kerék tehetetlenségi nyomatékát! Megjegyezzük, hogy a csapágy és az alátámasztás közötti súrlódás elhanyagolható. 10 pont

2. Súlypont eltolódás dinamikus meghatározása 4 különböző fűtőteljesítmény mellett mérjük meg az induló gyorsulást az 1 lapátnyi elforduláshoz tartozó idő megmérésével! Mindig álló helyzetből indítsuk a mérést és várjuk megy amíg a hőmérséklet beáll! Ez kb. 5 perc. Minden mérést többször ismételjünk meg! Ebből az előző mérési eredmény felhasználásával határozzuk meg a rendszer vízszintes irányú súlyponteltolódásának mértékét! Az eredmény ábrázoljuk grafikusan! A forgórész tömege 155 g. 10 pont 3. Súlypont eltolódás statikus meghatározása Az előző mérésnél használt fűtőteljesítmények mellett mérjük meg, hogy mekkora súllyal tudjuk egyensúlyban tartani a rendszert! Itt is határozzuk meg a rendszer vízszintes irányú súlyponteltolódásának mértékét. Az eredményeket hasonlítsuk össze az előző mérés eredményeivel. 10 pont 4. Állandósult forgási sebesség meghatározása Mérjük meg, hogy hogyan függ az állandósult forgási sebesség a fűtési teljesítménytől. Készítsünk grafikont! 10 pont A mérés elvégzéséhez 4 óra áll rendelkezésre. A feladatok megoldásához számítógép és telekommunikációs eszköz kivételével bármilyen segédeszköz használható. Ha valamelyik eszközzel problémája van, forduljon a felügyelő tanárhoz. Jó munkát! OKTV 2016/2017 2 Döntő forduló

Megoldás és pontozás A méréshez rendelkezésre álló berendezés az alábbi fényképen látható: 1. ábra. A mérőberendezés fényképe. 1. feladat A r sugarú tengelyre akasztott m tömeg esetén a rendszer mozgásegyenlete a következőképpen adható meg: a bimetál kerék esetében a forgómozgás alapegyenletéből a ráakasztott tömegre pedig Θβ = rk mrβ = mg K ahol β a henger szöggyorsulása, Ө a kerék tehetetlenségi nyomatéka, K a kötélben fellépő erő, g pedig a nehézségi gyorsulás. A képletben már felhasználtuk, hogy a ráakasztott test gyorsulása a=rβ. A két egyenletből K-t kiküszöbölve adódik, hogy β = mgr Θ+mr 2 Amint az a később kiszámolt konkrét adatok behelyettesítse után látható a kerék Θ tehetetlenségi nyomatéka sokkal nagyobb mint mr 2, így jó közelítéssel β = mgr Θ OKTV 2016/2017 3 Döntő forduló

Látható, tehát, hogy a kerék állandó szöggyorsulással forog. Ezért a t idő alatti elfordulási szög φ = 1 2 βt2 = 1 2 mgr Θ t2 Tehát a t 2 - elfordulási szög reláció egy egyenes kell legyen. Az egyenes meredekségéből pedig a kerék tehetetlenségi nyomatéka a ráakasztott tömeg ismeretében meghatározható. 6 g súly alkalmazása mellett kapott görbe az 1.-es ábrán látható. 1.ábra. A mért elfordulási szög t 2 összefüggés Az adatok behelyettesítése után adódik. Θ = 1,8810 3 kgm 2 Az elmélet helyes levezetése 3pont A mérés helyes elvégzése 4 pont A megfelelő ábra elkészítése 2 pont A tehetetlenségi nyomaték kiszámítása 1 pont OKTV 2016/2017 4 Döntő forduló

2. feladat Az eszköz úgy van megépítve, hogy a fűtőtest csak a kerék felső felét fűti. A fűtés következtében a kerék felső felén levő bimetál szalagok elgörbülnek. Ezért a kerék súlypontja eltolódik. Ha a kerék rögzítését megszüntetjük a súlyponteltolódás következtében a kerék forgásba jön. Az induló β szöggyorsulásra felírhatjuk, hogy Mgs = Θβ ahol M a kerék tömege s pedig a súlypont vízszintes eltolódása. Kis szögelfordulás esetén Mgs = Θβ = 2Θ φ t 2 ahol t a φ szögű elforduláshoz tartozó idő. Az elfordulást legegyszerűbb két bimetál lapát elfordulásának venni (az ebből adódó problémát a 3. feladat során elemezzük). Mivel a kerékben 12 bimetál lapát van Mgs = Θ π 3t 2 A fűtőteljesítmény függvényében mért elfordulási idők a 2. ábrán láthatók. 2. ábra. 30 0 -os (1 lapátnyi) elfordulási szöghöz tartozó idők a fűtőteljesítmény függvényében. A fenti képlet alapján számított súlypont eltolódás a fűtőteljesítmény függvényében a 3. ábrán látható (+ jelek). OKTV 2016/2017 5 Döntő forduló

3. ábra. A Dinamikus és statikus méréssel kapott súlyponteltolódási adatok a fűtőteljesítmény függvényében. A helyes elmélet kidolgozása 4 pont A mérések helyes elvégzése 4 pont A megfelelő ábrák elkészítése 2 pont OKTV 2016/2017 6 Döntő forduló

3. feladat Statikus esetben a hengerre akasztott súly forgatónyomatéka meg kell egyezzen a kerék súlyponteltolódásból adódó forgatónyomatékkal azaz Mgs = mgr ahol m a hengerre csavar fonálra akasztott tömeg. Az egyensúly eléréséhez szükséges tömeg a fűtőteljesítmény függvényében a 4. ábrán látható. 4. ábra. Az egyensúly eléréséhez szükséges tömegek a fűtőteljesítmény függvényében. A fenti képlet alapján kiszámított súlyponteltolódási adatok a 3. ábrán láthatók (X jelek). Megállapítható, hogy a dinamikus méréssel kapott súlyponteltolódási adatok kb. kétszer akkorák mint a statikus mérés eredményei. Ennek oka abban keresendő, hogy a melegítés hatására a súlypont függőleges irányban is jelentősen eltolódik. Ez ugyan az induló szöggyorsulást nem befolyásolja, de a mérésnél használt 30 0 -os elfordulásnál már jelentős hibát okozhat, hiszen az elfordulás közben a súlypont vízszintes irányú komponense jelentősen megnőhet. Ezzel a szöggyorsulás folyamatosan nő az elfordulással. Természetesen a jelenség a statikus mérésnél nem jelenik meg. Az elmélet helyes kidolgozása 3 pont A mérés helyes elvégzése 4 pont A megfelelő ábra elkészítése 2 pont Az eltérés megmagyarázása 1 pont OKTV 2016/2017 7 Döntő forduló

4. feladat A véges sebességű hőfelvétel és hőleadás következtében adott fűtőteljesítmény mellett rövid időn belül egy állandó forgási sebesség áll be. A teljesítmény függvényében egy fordulathoz tartozó idő mérésével meghatározott szögsebesség adatok a 4. ábrán láthatók. 5. ábra. Az állandósult szögsebesség a fűtési teljesítmény függvényében. Látható, hogy a teljesítmény növelésével a szögsebesség telítődést mutat. Ez azzal magyarázható, hogy a hőmérséklet emelkedésével a kerék alsó része nehezebben tud lehűlni. A mérés helyes elvégzése 8 pont A helyes ábra elkészítése 2 pont OKTV 2016/2017 8 Döntő forduló