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

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

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

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

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

2.3 Newton törvények, mozgás lejtőn, pontrendszerek

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

Felvételi, 2018 szeptember - Alapképzés, fizika vizsga -

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

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

Oktatási Hivatal FIZIKA. I. kategória. A 2018/2019. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny els forduló. Javítási-értékelési útmutató

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

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

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

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

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

1. Feladatok merev testek fizikájának tárgyköréből

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

1. Feladatok munkavégzés és konzervatív erőterek tárgyköréből. Munkatétel

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK február 13.

FIZIKA FELMÉRŐ tanulmányaikat kezdőknek

Mechanika - Versenyfeladatok

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

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

A 2013/2014. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA II. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

A 2011/2012. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második fordulójának feladatai és megoldásai fizikából II.

TOL A MEGYEI SZILÁRD LEÓ FIZIKAVERSE Y Szekszárd, március óra 11. osztály

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

A 2015/2016. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató

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

A 2010/2011. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának. feladatai fizikából. I. kategória

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

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

1. ábra. 24B-19 feladat

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

Hatvani István fizikaverseny Döntő. 1. kategória

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Bor Pál Fizikaverseny, középdöntő 2016/2017. tanév, 8. osztály

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Q

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

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

Egy érdekes mechanikai feladat

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2016/2017-es tanév első (iskolai) forduló Haladók II. kategória

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

MÁGNESES TÉR, INDUKCIÓ

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

1. feladat. 2. feladat

FIZIKA ZÁRÓVIZSGA 2015

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

Elektromágnesség 1.versenyfeladatsor Varga Bonbien, VABPACT.ELTE

Fizika 1i, 2018 őszi félév, 4. gyakorlat

Oktatási Hivatal FIZIKA. I. kategória. A 2018/2019. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló. Javítási-értékelési útmutató

Mechanika. Kinematika

Fizika minta feladatsor

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

Az 1. forduló feladatainak megoldása

Munka, energia Munkatétel, a mechanikai energia megmaradása

Fizika alapok. Az előadás témája

Termodinamika. Belső energia

9. Trigonometria. I. Nulladik ZH-ban láttuk: 1. Tegye nagyság szerint növekvő sorrendbe az alábbi értékeket! Megoldás:

Kényszerfeltételek február 10. F = ma

. T É M A K Ö R Ö K É S K Í S É R L E T E K

BEMUTATÓ FELADATOK (2) ÁLTALÁNOS GÉPTAN tárgyból

58. ročník Fyzikálnej olympiády v školskom roku 2016/2017 Okresné kolo kategórie F Texty úloh v maďarskom jazyku

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

ÖVEGES JÓZSEF ORSZÁGOS FIZIKAVERSENY II. fordulója feladatainak javítókulcsa április 5.

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

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

Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

IMPULZUS MOMENTUM. Impulzusnyomaték, perdület, jele: N

Gyakorló feladatok Feladatok, merev test dinamikája

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

KÖRMOZGÁS, REZGŐMOZGÁS, FORGÓMOZGÁS

Fizika feladatok - 2. gyakorlat

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

A 2016/2017. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának feladatai és megoldásai fizikából FIZIKA II.

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Digitális tananyag a fizika tanításához

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

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

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

SZÁMÍTÁSI FELADATOK I.

A 2013/2014. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

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

Bolyai János Matematikai Társulat. 1. Az a és b valós számra a 2 + b 2 = 1 teljesül, ahol ab 0. Határozzuk meg az. szorzat minimumát. Megoldás.

Fizika 1 Mechanika órai feladatok megoldása 10. hét

Fizikai olimpiász. 52. évfolyam. 2010/2011-es tanév. B kategória

2015. évi Bolyai János Megyei Matematikaverseny MEGOLDÁSI ÉS ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ 12. évfolyam

Mérnöki alapok 2. előadás

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

3. Gyakorlat Áramlástani feladatok és megoldásuk

Rezgés tesztek. 8. Egy rugó által létrehozott harmonikus rezgés esetén melyik állítás nem igaz?

A 2009/2010. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának feladatai és megoldásai. I. kategória

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2016/2017-es tanév Kezdők III. kategória I. forduló

U = 24 V I = 4,8 A. Mind a két mellékágban az ellenállás külön-külön 6 Ω, ezért az áramerősség mindkét mellékágban egyenlő, azaz :...

A 2016/2017. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának feladatai és megoldásai fizikából FIZIKA I.

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

Átírás:

Oktatási Hivatal A 014/015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA avítási-értékelési útmutató 1.) Frédi és Béni, a két kőkorszaki szaki olyan járgányt fejleszt ki, melynek két kereke minden tekintetben azonos, párhuzamos kőhenger. A találékony szakik egyedi meghajtáson dolgoznak: a luxusjárgány motorja egy függőlegesen elhelyezett árboc, amelyhez egy 1 méteres kötéllel egy színaranyból készült golyót rögzítenek, melynek tömege azonos egy kerék tömegével. A járművet óvatosságból utasok nélkül tesztelik, a golyót kitérítik vízszintes helyzetig, majd elengedik. A kerekek távolsága elegendően nagy ahhoz, hogy a mozgás során a kocsi ne boruljon fel. Mekkora sebességre gyorsul a járgány, amikor a kötél = 30 o -os szöget zár be a függőlegessel? A kerekek és a pontszerűnek tekinthető golyó tömegén kívül minden más alkatrész tömegét elhanyagoljuk. Tételezzük fel, hogy a kerekek tisztán gördülnek, a gördülési ellenállás elhanyagolható. Megoldás: Mivel a sebesség a kérdés (nem az erő), ezért a megmaradási tételek, illetve a kényszerfeltételek elegendőek szoktak lenni az ilyen típusú feladatoknál. Ám a külső erő jelenléte miatt az impulzusmegmaradás még vízszintes irányban sem használható. Mégis némi dinamikai megfontolással egy effektív impulzus megmaradáshoz juthatunk, amit a tiszta gördülés jellegének köszönhetünk. Legyen a golyó vízszintes gyorsulása a x, függőleges gyorsulása a y, a kocsi gyorsulása A. A golyóra vonatkozó mozgásegyenlet x irányban A kocsira vonatkozó mozgásegyenlet Ksin ma. (1) A golyóra vonatkozó mozgásegyenlet y irányban x mg Kcos ma. () Ksin S ma. (3) y OKTV 014/015. forduló

A kocsira kerekeire vonatkozó forgásegyenlet A tiszta gördülés kényszerfeltétele: 1 SR mr. (4) A R 0. (5) Az (1) és (3)-(5) egyenletek alapján 3 ma ma x (6) adódik, azaz 3 A a x. (7) Mivel a (7) összefüggés minden pillanatban teljesül, és a kezdősebességek nullák voltak, a sebességek közt fennáll: 3 V v x. (8) A (8) egyenletet m-mel megszorozva amolyan impulzusmegmaradáshoz hasonlót kapunk, azzal a különbséggel, hogy bal oldalon a tapadási erő hiányában megjelenő -es szorzó helyett 3-as van. A kérdéses helyzetben a sebességek közti kényszerfeltétel: vy tg. (9) vx V Az energiamegmaradás törvénye szerint: 1 1 1 1 V x y mglcos m v v mv mr R. (10) A (8)-(10) egyenletekből adódik, ami az adatokat behelyettesítve V glcos 6 8tg V 1 m. s.) Ismeretes, hogy a víz 100C-nál alacsonyabb hőmérsékleten forr, ha a légköri nyomás 1 atmoszféránál kisebb. Tegyünk légszivattyú üvegburája alá egy lombikban 1 dl 40C-os vizet, és kapcsoljuk be a légszivattyút. Egy idő után a víz heves forrásba jön, ami igazolja fenti megállapításunkat. Ha megmérjük a víz hőmérsékletét miután kivettük a lombikot a légszivattyú burája alól, akkor a benne lévő vizet 30C-osnak találjuk. a) Magyarázzuk meg, hogy mi okozta a víz lehűlését! b) Adjuk meg a lombikban lévő víz tömegének változását két értékes jegy pontossággal, ha forrás közben a víz nem bugyogott ki a nyitott lombikból? c) Maximálisan a légköri nyomás hány százalékára tudja a szivattyúnk a belsejében lévő nyomást csökkenteni, ha fokozatosan egyre alacsonyabb hőmérsékletű vízzel végezzük el a kísérletet, és 5C-os víz esetén már nem indul meg a forrás, hanem csak néhány kicsiny gázbuborék jelenik meg a lombikban lévő hideg vízben még hosszabb idő után is? Százalékos eredményünket egész számra kerekítve adjuk meg! d) Az 5C-os hideg víz hőmérséklete hogyan változik, ha hosszú ideig járatjuk a szivattyút? A feladatmegoldásához szükséges adatokat vegyük például a Függvénytáblázatból. OKTV 014/015. forduló

Megoldás: a) A forraláshoz szükséges energiát a víz belső energiájának csökkenése fedezi. b) A víz párolgáshője 35C-on 418 /g, a víz fajhője 4,18 /gc. Az energiamérleg: amiből 4,18 100g 10C cmt gc m 1,73 g. L 418 g Ha figyelembe vesszük a víz tömegének csökkenését is, akkor 100 g helyett számolhatunk 99,1 grammal is (szukcesszív approximáció), ami nagyjából az átlagérték: 4,18 99,1g 10C cmt gc m 1,71 g. L 418 g Láthatjuk, hogy a víz tömegcsökkenése 1,7 g. Az fontos, hogy a forráshőt ne 100C-ra vegyük, hanem a Függvénytáblázat 30C-ra, 35C-ra és 40C-ra megadott értékeit átlagoljuk, mondjuk vehetjük egyszerűen a 35C-ra érvényes adatot. Az is fontos, hogy megállapítsuk, hogy a víz tömegcsökkenése kicsi a víz teljes tömegéhez képest. c) 5C-on a telített vízgőz nyomása 0,87 kpa, ami a légköri nyomás (101,3 kpa) 0,86 %-a, tehát a szivattyú valamennyivel a légköri nyomás 1 %-a alá képes csökkenteni a nyomást. d) A szivattyú folyamatosan távolítja el a telített vízgőzt a gőztérből. Ez a folyamat csökkenti a víz hőmérsékletét. Azonban sugárzással és hővezetéssel állandóan hő áramlik a pohár felé, hiszen feltehető, hogy a kísérletet szobahőmérsékletű környezetben végezzük. Ha a szivattyú teljesítménye nagy, akkor a hőmérséklet csökken, ha közepes, akkor állandó marad, de gyenge szivattyú esetén hőmérséklet-emelkedést is tapasztalhatunk. OKTV 014/015 3. forduló

3.) Egy R sugarú, m tömegű szigetelő karika AB átmérőjének két végpontjában egy-egy m tömegű, pontszerű, q töltésű gyöngy található, amelyek a karikához vannak rögzítve. A karikára még két egyenként ugyancsak m tömegű, q töltésű gyöngyszemet fűzünk, amelyek a karikán súrlódásmentesen mozoghatnak. A rendszert az ábrán látható módon vízszintes, súrlódásmentes asztalra fektetjük. a) Határozzuk meg a gyöngyszemek legnagyobb sebességét! b) Mekkora a maximális sebesség eléréséig az egyes töltések szögelfordulása az O pont körül? Megoldás: a) A külső erők eredője 0, így a rendszer tömegközéppontja (O pont) nyugalomban marad. A legnagyobb sebességet a gyöngyök abban a helyzetben érik el, amikor az AB átmérő merőleges a CD átmérőre. Ez abból következik, hogy mindaddig növekszik a gyöngyszemek sebessége, amíg ez a szimmetrikus helyzet be nem következik, ezután sebességük csökken, tehát éppen ebben a pillanatban maximális. Konzervatív elektrosztatikus mezőben a potenciális energiának és a mozgási energiának az összege állandó: E E E E. (1) Indításkor p1 m1 p m BD AC R és AD BC R 3, így kq kq 1 1 E p 1 kq 3. () R R R R 3 A maximális sebességű helyzetben AD AC CB DB R, így 4kq E p kq. (3) R R (A folyamat során a változatlan potenciális energiatagokat nem írtuk fel.) elölje v a gyöngyszemek maximális sebességét, a karika maximális szögsebességét. Beírva az (1) egyenletbe a () és (3) összefüggéseket, és felhasználva, hogy E m1 0 kapjuk: 1 1 Em m v, 1 1 4kq 1 1 kq m R v. R 3 R Az egyenlet rendezésével és felhasználva, hogy 3mR adódik, hogy:, továbbá OKTV 014/015 4. forduló

kq 3 3 1 mv mr. (4) R 3 Vízszintes irányú külső erők nincsenek, ezért az O pontra nézve felírhatjuk a perdületmegmaradás tételét. (A negatív előjel azt fejezi ki, hogy a szabadon mozgó töltések, illetve a gyűrű a hozzá rögzített töltésekkel ellentétes irányban fordulnak el.) mr v 0 (5)-t a (4)-be beírva kapjuk: mv R 3 v 3 R mr 5 kq 3 mv 1, 3 R 3 amelyből a gyöngyszemek maximális sebessége: 6 kq 3 v 1.. 5 mr 3 b) elöljük 1 -gyel a rögzítetlen gyöngyszemeknek (az óramutató járásával ellentétes) szögelfordulását, -vel a rögzített gyöngyszemek, (az óramutató járása szerinti) szögelfordulását! A maximális sebesség elérésekor. (6) 1 30 elölje F a gyöngyszemekre ható eredő erő érintő irányú komponensének nagyságát, 1 illetve a rögzítetlen és a rögzített gyöngyszemek pillanatnyi szöggyorsulását. A rögzítetlen gyöngyszemre: F ma e, a e R1, (a e az érintő irányú gyorsulás) amelyekből F 1. (7) Rm A karikára és a rögzített gyöngyszemekre a forgómozgás alapegyenlete: M F, R 3mR amelyből F 3Rm (8) (7) és (8)-ból 1, 3 mivel ez a mozgás minden pillanatában fennáll, és mivel a rendszer nyugalomból indul, ezért 1. 3 (9) (6)-ból és (9)-ből 1 18, 1. Tehát a gyöngyszemek szögelfordulása a maximális sebesség eléréséig 18, a karika szögelfordulása 1. (5) OKTV 014/015 5. forduló

Értékelési útmutató 1. feladat Mozgásegyenlet az ingatestre x irányban pont Mozgásegyenlet az ingatestre y irányban pont Mozgásegyenlet a kocsira pont Forgásegyenlet a kerekekre pont A tiszta gördülés feltétele A gyorsulások ( A, a x ) közti kapcsolat pont A sebességek ( V, vx ) közti kapcsolat pont A kényszerfeltétel a sebességekre a kérdéses állapotban pont Az energiamegmaradás törvénye pont A végeredmény 3 pont Összesen: 0 pont. feladat a) Erre a kérdésre adott helyes válasz értéke 4 pont b) Az elpárolgott anyag tömegének meghatározása 8 pont c) A helyes százalékérték megadása 4 pont d) Erre a kérdésre adott helyes válasz 4 pont Összesen: 0 pont 3. feladat a) Annak felismerése, hogy a tömegközéppont nyugalomban marad A maximális sebességű helyzet felismerése és indoklása 4 pont Az energiaegyenlet felírása Kezdőállapotban a potenciális energia helyes felírása Maximális sebességű helyzetben a potenciális energia helyes felírása A mozgási energia helyes megadása A perdületmegmaradás tételének felírása pont A karika szögsebességének megadása A maximális sebesség helyes kifejezése pont b) A szögelfordulások közötti összefüggés felismerése 4 pont A szögelfordulások helyes megadása pont Összesen: 0 pont A megoldásban vázoltaktól eltérő számításokra, amelyek elvileg helyesek és helyes végeredményre vezetnek, az alkérdésekre adható teljes pontszám jár. OKTV 014/015 6. forduló