1. ábra. 24B-19 feladat

Hasonló dokumentumok
A +Q töltés egy L hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld ábra ábra

Q 1 D Q 2 (D x) 2 (1.1)

a térerősség mindig az üreg falára merőleges, ezért a tér ott nem gömbszimmetrikus.

Fizika feladatok február 21.

Megoldás: A feltöltött R sugarú fémgömb felületén a térerősség és a potenciál pontosan akkora, mintha a teljes töltése a középpontjában lenne:

3.1. ábra ábra

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

1. fejezet. Gyakorlat C-41

azonos sikban fekszik. A vezetőhurok ellenállása 2 Ω. Számítsuk ki a hurok teljes 4.1. ábra ábra

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

Vezetők elektrosztatikus térben

= Φ B(t = t) Φ B (t = 0) t

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

Elektrosztatika Mekkora két egyenlő nagyságú töltés taszítja egymást 10 m távolságból 100 N nagyságú erővel? megoldás

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

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

Munka, energia Munkatétel, a mechanikai energia megmaradása

9. ábra. A 25B-7 feladathoz

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

Gyakorlati útmutató a Tartók statikája I. tárgyhoz. Fekete Ferenc. 5. gyakorlat. Széchenyi István Egyetem, 2015.

Elektromos alapjelenségek

KÖRMOZGÁS, REZGŐMOZGÁS, FORGÓMOZGÁS

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

1.feladat. Megoldás: r r az O és P pontok közötti helyvektor, r pedig a helyvektor hosszának harmadik hatványa. 0,03 0,04.

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika 2. ZH, december 05. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

1. Feladatok munkavégzés és konzervatív erőterek tárgyköréből. Munkatétel

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

Rezgések és hullámok

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

2 (j) f(x) dx = 1 arcsin(3x 2) + C. (d) A x + Bx + C 5x (2x 2 + 7) + Hx + I. 2 2x F x + G. x

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

1.1. Feladatok. x 0 pontban! b) f(x) = 2x + 5, x 0 = 2. d) f(x) = 1 3x+4 = 1. e) f(x) = x 1. f) x 2 4x + 4 sin(x 2), x 0 = 2. általános pontban!

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

Elektromágnesség 1.versenyfeladatsor Varga Bonbien, VABPACT.ELTE

Exponenciális és logaritmusos kifejezések, egyenletek

1. Ábrázolja az f(x)= x-4 függvényt a [ 2;10 ] intervallumon! (2 pont) 2. Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét!

Függvények Megoldások

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Paraméter

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

Függvények vizsgálata

Fizika 1 Mechanika órai feladatok megoldása 7. hét

2) Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét! (3pont)

1 2. Az anyagi pont kinematikája

10. Koordinátageometria

Egy kinematikai feladat

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

5 1 6 (2x3 + 4) 7. 4 ( ctg(4x + 2)) + c = 3 4 ctg(4x + 2) + c ] 12 (2x6 + 9) 20 ln(5x4 + 17) + c ch(8x) 20 ln 5x c = 11

Vektorok és koordinátageometria

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

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

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

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

Bevezetés a görbe vonalú geometriába

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

1. gyakorlat. Egyenletes és egyenletesen változó mozgás. 1. példa

A 2016/2017. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató

Fizika 2 - Gyakorló feladatok

-2σ. 1. A végtelen kiterjedésű +σ és 2σ felületi töltéssűrűségű síklapok terében az ábrának megfelelően egy dipól helyezkedik el.

Kérdések Fizika112. Mozgás leírása gyorsuló koordinátarendszerben, folyadékok mechanikája, hullámok, termodinamika, elektrosztatika

Irányításelmélet és technika I.

L 4πd 2 1 L 4πd 2 2. km 3,5. P max = P min = Az 5 naptömegű bolygó esetén ez alapján a zóna belső és külső határai (d 1 és d 2): 2.

9. Írjuk fel annak a síknak az egyenletét, amely átmegy az M 0(1, 2, 3) ponton és. egyenessel;

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

1. tétel. 1. Egy derékszögű háromszög egyik szöge 50, a szög melletti befogója 7 cm. Mekkora a háromszög átfogója? (4 pont)

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

Newton törvények és a gravitációs kölcsönhatás (Vázlat)

Fizika példák a döntőben

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

λ 1 u 1 + λ 2 v 1 + λ 3 w 1 = 0 λ 1 u 2 + λ 2 v 2 + λ 3 w 2 = 0 λ 1 u 3 + λ 2 v 3 + λ 3 w 3 = 0

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

FIZIKA ZÁRÓVIZSGA 2015

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

Egyenes mert nincs se kezdő se végpontja

Elektrosztatikai alapismeretek

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Határérték. prezentációjából valók ((C)Pearson Education, Inc.) Összeállította: Wettl Ferenc október 11.

Mechanika. Kinematika

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

2, = 5221 K (7.2)

Érettségi feladatok: Trigonometria 1 /6

6. Függvények. 1. Az alábbi függvények közül melyik szigorúan monoton növekvő a 0;1 intervallumban?

MÁGNESES TÉR, INDUKCIÓ

rnök k informatikusoknak 1. FBNxE-1 Klasszikus mechanika

HÁZI FELADATOK. 1. félév. 1. konferencia A lineáris algebra alapjai

Fizika feladatok - 2. gyakorlat

Az igénybevételi ábrák témakörhöz az alábbi előjelszabályokat használjuk valamennyi feladat esetén.

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

6. Függvények. Legyen függvény és nem üreshalmaz. A függvényt az f K-ra való kiterjesztésének

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

Kosárra dobás I. Egy érdekes feladattal találkoztunk [ 1 ] - ben, ahol ezt szerkesztéssel oldották meg. Most itt számítással oldjuk meg ugyanezt.

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

1. Elektromos alapjelenségek

I. feladatsor. 9x x x 2 6x x 9x. 12x 9x2 3. 9x 2 + x. x(x + 3) 50 (d) f(x) = 8x + 4 x(x 2 25)

Átírás:

. gyakorlat.. Feladat: (HN 4B-9) A +Q töltés egy hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld.. ábra.). Számítsuk ki az E elektromos térerősséget a vonal. ábra. 4B-9 feladat irányában lévő, annak végpontjától d távolságra lévő P pontban! Megoldás: Mivel a P pont a szakasz meghosszabbításában van és a szakasz töltése pozitív a térerősség vektora a szakasztól el mutat. Válasszuk a koordinátarendszerünket úgy, hogy a szakasz az x tengelyén feküdjön és a P pont legyen az origóban! Osszuk fel a szakaszt kis dx hosszúságú darabokra! Egy ilyen darab töltése dq dx Q. A teljes térerősség ezen kis dx szakaszok térerősségeinek összegével közelíthető ami integrállá válik, amennyiben dx. A P ponttól x távolságban levő szakasz darabtól származó térerősség nagysága: A teljes térerősség xd+ E(x) de(x) dq x dx Q x (..) xd E(x) Q 4 π ε Q 4 π ε xd+ Q dx x Q dx (..) 4 π ε x xd xd+ dx xd x Q [ ] x+ 4 π ε x d ( d + + ) Q ( ) d 4 π ε d(d + ) E(x) Q 4 π ε d(d + ) (..3)

. ábra. 4B- feladat.. Feladat: (HN 4B-) Egy vékony, nem vezető rudat a. ábrán vázolt módon meghajlítunk úgy, hogy az egy R sugarú kör íve legyen, mely e kör középpontjából o szög alatt látszik. egyen e hajlított rúdon egyenletes pozitív λ töltéssűrűség. Számítsuk ki az E elektromos tér térerősséget a kör O középpontjában. (Útmutatás: számítsuk ki a dl Rdθ hosszúságú szakasz dq töltésétől származó de térerősséget. Használjuk ki a rendszer szimmetriatulajdonságát a θ θ és θ +θ közötti integrál kiszámításakor.) Megoldás: Osszuk fel a körívet egyenlő dl hosszúságú kis darabokra! A körív középpontjában minden ilyen kis darab térerőssége ugyanakkora: de λ dl R λ R dθ λ dθ R R (..) nagyságú és az O pontból a körívvel ellentétes irányba mutat. Mivel a vízszintes tengelyre szimmetrikusan, θ és θ szögben elhelyezkedő szakaszoktól származó térerősség nagysága ugyanakkora, és irányuk a vízszintes tengelyre szimmetrikus ezek függőleges komponensei kiejtik egymást: vízszintes komponenseik nagysága pedig összeadódik, az 3. ábra. Az eredő térerősség kiszámításához

eredő térerősség kiszámításához elegendő a pozitív θ értékekre, vagyis fél körívre összegezni a de θ térerősségek vízszintes komponensének kétszeresét, azaz de θ cos θ-t. A dl határesetben egy integrált kapunk: azaz E θ λ R cos θ dθ λ R [sin θ]θ, (..) E λ πε R sinθ. (..3).3. Feladat: (HN 4C-6) Két (fix helyzetű) +Q nagyságú ponttöltés egymástól d távolságra helyezkedik el. Egy harmadik, pozitív q töltést a két előbbi töltést összekötő egyenes mentén mozgatunk. (a) Mutassuk meg, hogy ha a q töltést egyensúlyi helyzetéből kissé (x távolságnyira, x d) kimozdítjuk, akkor közelítőleg egyszerű harmonikus rezgő mozgást végez. (b) Számítsuk ki az ehhez a mozgáshoz rendelhető k rugóállandót". Megoldás: egyen mindegyik töltés az x tengelyen! Ekkor a q töltés által érzékelt térerősség is x irányú. Mivel mindegyik töltés azonos előjelű a q töltésre a két Q töltéstől ható erők ellentétes irányúak: F bal oldali Qtol K Q q r bal oldali Qtol F jobb oldaliqtol K Q q r jobb oldaliqtol (.3.) q egyensúlyi helyzete a két +Q töltés között éppen félúton van, ahol a két erő kiegyenlíti egymást. Térítsük ki a q töltést egyensúlyi helyzetétől pozitív irányba. Ekkor a rá ható erők eredője már nem lesz, hanem : F F bal oldali Qtol + F jobb oldali Qtol K [ Q q ( d + x) ( Q q d x) ]. (.3.) Ha x d, akkor x d is igaz. egyen d! Ekkor d és a nevezők az előző képletben közelíthetőek a következő módon: ( ± x) ( ± x ) ( ± x ) ( x ). (.3.3) Ez konkrét példákon is ellenőrizhető. Tehát F Q q 4 πε ( ( x ) ( + x ) ) Q q 4 πε 4 x Q q 4 πε 4 d 8 x d. (.3.5) Egy példa: legyen d, vagyis 5 és x,. Ekkor ( + x), 39844 ( + x ), 39846 ( x ), 3984. (.3.4) 3

F 8 Q q x πε d. (.3.6) 3 Mint látjuk, amennyiben a kitérés sokkal kisebb, mint d, az erő ellentétes irányú és arányos a kitéréssel vagyis valóban harmonikus rezgőmozgásról van szó amelynek "rugóállandója" k 8 Q q. (.3.7) d 3 πε.4. Feladat: (HN 4C-9) Miként az a 4. ábrán látható, egy elektron, amelynek az x o helyen v o 6 m/s a kezdősebessége, az x tengely pozitív irányában halad olyan tértartományban, ahol az elektromos térerősséget az E x (4V/m) ( + 3 x) függvény adja meg (az x távolságot méterben kell megadni). Számítsuk ki azt a távolságot, ahol az elektron sebessége (legalábbis egy pillanatra) zérussá válik. 4. ábra. 4C-9 feladat Megoldás: Az elektrosztatikus tér helytől függő potenciálja Φ(x) E(x)dx 4 ( + 3 x) dx 4 (x + 5x ). (.4.) Az elektron helyfüggő potenciális energiája ebben a térben (az elektron töltése negatív) E pot e Φ(x) 4 e (x + 5 x ). (.4.) Az elektron abban az x koordinátájú pontban áll meg amikor minden kinetikus energiáját elveszti. Az elektron potenciális energiájának megváltozása x x x o úton 4

tehát egyenlő a kezdeti kinetikus energiájával: E pot E kin,kezdeti E pot E pot (x) E pot (x o ) 4 e (x + 5 x ) 4 e (x + 5 x ) m v o 5 x + x 8 m e. (.4.3) A másodfokú egyenlet megoldása ± + 4 m 8 e 5 ± + m e 5 x ± ± 4, 48 ± 37, 75 x + 3, 67 m A mi esetünkben csak a pozitív eredmény jöhet szóba. x 3, 87 m. (.4.4).5. Feladat: (HN 4C-37) Egy vékony, nem vezető, R sugarú gyűrűn nem egyenletes a λ lineáris töltéssűrűség: λ λ sin θ, ahol a θ szög a 5. ábra szerint értelmezendő. (a) Vázoljuk a gyűrű töltéseloszlását. (b) Milyen az E elektromos térerősség iránya a gyűrű középpontjában? (c) Mutassuk meg, hogy az elektromos térerősség nagysága a gyűrű középpontjában λ 4 ε R. 5. ábra. 4-C37 feladat Megoldás: (a) A töltéssűrűség a szög függvényében a 6. ábrán látható. 5

6. ábra. Töltéssűrűség a szög függvényében. A zöld vonalak 4 olyan szöget jeleznek, ahol a töltéssűrűség abszolút értéke ugyanakkora (b) Osszuk fel a kör kerületét infinitizemálisan kicsi dl szakaszokra. Egy tetszőleges θ szögnél elhelyezkedő szakasztól származó térerősség iránya vagy megegyezik a szakasztól a középpontig húzott vektor irányával ( θ π) vagy ellentétes vele ( θ π). A teljes térerősség az egyes szakaszoktól származó térerősségek összege. A 7 ábrán látható, hogy az eredő térerősségben csak az egyes szakaszoktól származó 7. ábra. Különböző infinitezimális dl szakaszoktól származó térerősségek összegzése. térerősségek függőleges, -y irányú összetevője marad meg. Tehát az eredő térerősség a negatív y tengely irányába mutat. (c) Ennek nagysága egy adott θ szög esetén de y (θ) λ(θ) dl R sin θ (.5.) ahol dl R dθ. Szimmetria okok miatt de y (θ) ugyanakkora és ugyanolyan irányú a θ, π θ, π + θ és π θ szögek esetén, ezért elegendő a... π tartományra integrálni és 6

az eredményt négyszerezni: E y 4 4 4 π/ λ R λ R ahol felhasználtuk a sin θ cosθ λ(θ) R sin θ dθ R π/ π/ sin θ dθ cos θ dθ [ λ θ sin θ ] π/ πε R λ [ π ] πε R + összefüggést. A végeredmény (.5.) E y λ 4 ε R. (.5.3).6. Feladat: (HN 4C-39) Tekintsünk egy egyenletesen feltöltött R sugarú körgyűrűt, és annak tengelye mentén az elektromos teret. Mutassuk meg, hogy a térerősség maximuma E x,max a tengelyen, a gyűrű középpontjától x R távolságban van. Vázoljuk E változását x függvényében (negatív és pozitív x értékekre). Megoldás: Bontsuk fel a körgyűrűt infinitezimálisan kis dl szakaszokra. A körgyűrű tengelyének minden pontja a körgyűrű összes pontjától - és így az összes szakasztól is - azonos távolságban van. A körgyűrű átellenes pontjaitól (szakaszaitól) származó térerősségek x tengelyre merőleges komponensei kiejtik egymást, ezért elegendő az E x komponenseket összegezni. Egy dl szakasz térerőssége a 8 ábra szerint: de x λ dl r cos θ λ dl R + x x R + x x λ dl. (.6.) (R + x ) 3/ A teljes térerősség E x R π x λ. (.6.) (R + x ) 3/ Ennek akkor van maximuma, ha a deriváltja nulla. Ha a derivált nulla, akkor a konstansok nem számítanak, ezért azokat el is hagyhatjuk de x dx d dx x (.6.3) (R + x ) 3/ Ezt levezethetjük a következő két egyenlőségből: cos θ cos θ sin θ és cos θ + sin θ 7

8. ábra. Térerősség egy egyenletesen töltött körgyűrű tengelyén d x dx (R + x ) 3/ (R + x ) 3/ x 3 (R + x ) / x (R + x ) 3 (R + x ) 3 x (R + x ) 5/ (.6.4) A nevező sosem lehet nulla, ezért átszorozhatunk vele R x x R. (.6.5) Eszerint E x szélsőértéke lehet az x második derivált ezen a helyen negatív. Házi feladat (gyakorlásra): HN 4-7, 9, 5, 3, 7, 3, 34, 35, 36 R helyen. Ez akkor valóban maximum ha a 8