Fizika számgyak zh1 gyakorló 2014

Hasonló dokumentumok
Fizika 1 Mechanika órai feladatok megoldása 3. hét. x és z irányú komponense legyen:

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

Fizika számolási gyakorlat

Fizika 1 Mechanika órai feladatok megoldása 4. hét

Mechanika. Kinematika

2 j függvény írja le,

Fizika feladatok - 2. gyakorlat

1. Feladatok munkavégzés és konzervatív erőterek tárgyköréből. Munkatétel

Kinematika szeptember Vonatkoztatási rendszerek, koordinátarendszerek

2.3 Newton törvények, mozgás lejtőn, pontrendszerek

Fizika 1 Mechanika órai feladatok megoldása 7. hét

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

KÖRMOZGÁS, REZGŐMOZGÁS, FORGÓMOZGÁS

Exponenciális és logaritmusos kifejezések, egyenletek

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

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

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

Munka, energia Munkatétel, a mechanikai energia megmaradása

rnök k informatikusoknak 1. FBNxE-1 Klasszikus mechanika

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

Fizika példák a döntőben

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

1 2. Az anyagi pont kinematikája

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

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

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

ANALÍZIS II. Példatár

Bevezető fizika (VBK) zh1 tesztkérdések Mi az erő mértékegysége? NY) kg m 2 s 1 GY) Js LY) kg m 2 s 2 TY) kg m s 2

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

Fizika 1i, 2018 őszi félév, 4. gyakorlat

Felvételi, 2018 szeptember - Alapképzés, fizika vizsga -

Pálya : Az a vonal, amelyen a mozgó test végighalad. Út: A pályának az a része, amelyet adott idő alatt a mozgó tárgy megtesz.

Függvények Megoldások

Dinamika. A dinamika feladata a test(ek) gyorsulását okozó erők matematikai leírása.

1. ábra. 24B-19 feladat

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

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

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

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

Szélsőérték feladatok megoldása

Fizika 1 Mechanika órai feladatok megoldása 3. hét

Adatok: fénysebesség; a Föld sugara; a Nap-Föld távolság; a Föld-Hold távolság; a Föld és a Hold keringési ideje.

Fizika alapok. Az előadás témája

Gyakorló feladatok Egyenletes mozgások

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

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

Vektorgeometria (1) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

5 j függvény írja le,

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

Mérések állítható hajlásszögű lejtőn

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

3. Egy gépkocsi egyenletesen halad az egyenes országúton. Az utasok 10 perc alatt 13 kilométerkövet számolnak meg.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Paraméter

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

2014/2015. tavaszi félév

A mechanika alapjai. A pontszerű testek kinematikája. Horváth András SZE, Fizika és Kémia Tsz szeptember 29.

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Haladó mozgások A hely és a mozgás viszonylagos. A testek helyét, mozgását valamilyen vonatkoztatási ponthoz, vonatkoztatási rendszerhez képest adjuk

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

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

Számítógépes Grafika mintafeladatok

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

Mérnöki alapok 2. előadás

10. Koordinátageometria

Egyenletek, egyenlőtlenségek VII.

= Φ B(t = t) Φ B (t = 0) t

3. Egy repülőgép tömege 60 tonna. Induláskor 20 s alatt gyorsul fel 225 km/h sebességre. Mekkora eredő erő hat rá? N

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

Megoldások. Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma)

Vektoralgebra. 1.) Mekkora a pillanatnyi sebesség 3 s elteltével, ha a kezdősebesség (15;9;7) m/s, a gravitációs gyorsulás pedig (0;0;-10) m/s 2?

Képlet levezetése :F=m a = m Δv/Δt = ΔI/Δt

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

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

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

Pálya : Az a vonal, amelyen a mozgó test végighalad. Út: A pályának az a része, amelyet adott idő alatt a mozgó tárgy megtesz.

Matematika III előadás

Fizika feladatok október 19.

A brachistochron probléma megoldása

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

Minimum követelmények matematika tantárgyból 11. évfolyamon

1. feladat. 2. feladat

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

Irányításelmélet és technika I.

5. házi feladat. AB, CD kitér élpárra történ tükrözések: Az ered transzformáció: mivel az origó xpont, így nincs szükség homogénkoordinátás

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Egy mozgástani feladat

Matematika A1a Analízis

O ( 0, 0, 0 ) A ( 4, 0, 0 ) B ( 4, 3, 0 ) C ( 0, 3, 0 ) D ( 4, 0, 5 ) E ( 4, 3, 5 ) F ( 0, 3, 5 ) G ( 0, 0, 5 )

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

A magától becsukódó ajtó működéséről

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Matematika (mesterképzés)

Bevezető fizika (infó), 3. feladatsor Dinamika 2. és Statika

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Átírás:

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 EBBEN AZ ANYAGBAN UGYANAZOK AZ ANYAGOK VANNAK EGYBESZERKESZTVE, AMIK HETENKÉNT KI VOLTAK RAKVA, CSAK SZÜRKÉVEL MEG VANNAK JELÖLVE AZOK A RÉSZEK, AMIK NEM ZH SZINTŰ KÉRDÉSEK, A VÉGÉHEZ PEDIG MÉG NÉHÁNY RÉGI ZH-SORT CSATOLTUNK. Egy motorcsónak a folyón felfelé halad, és szembetalálkozik egy tutajjal. A találkozás után egy órával a motor elromlik. A javítás fél órát vesz igénybe, és utána a motorcsónak a folyón bekapcsolt motorral lefelé megy. Az első találkozás helyétől 7,5 km-re éri utol a tutajt. Mennyi a folyó sebessége? Tételezzük fel, hogy a motorcsónak a folyóhoz képest állandó sebességgel halad, a tutaj pedig a folyóval együtt mozog. A feladat azt demonstrálja, hogy a vonatkoztatási rendszer megfelelő választásával a megoldás menete egyszerűbb is lehet. Oldjuk meg (1) a parthoz rögzített, () a tutajhoz rögzített koordinátarendszerben felírva a mozgást. (1) A koordinátarendszerünk x tengelyét helyezzük el a parttal párhuzamosan; origója legyen ott, ahol a motorcsónak és a tutaj először találkoznak; az x tengely pozitív értékei legyenek azok, amerre a víz folyik. A folyó sebessége a parthoz képest v f. A motorcsónak sebessége a folyóhoz képest v cs, azaz a parthoz képest v f +v cs, ha a folyón lefelé megy, ill. v cs v f, ha a folyón felfelé megy. Írjuk fel a motorcsónak és a tutaj helyének x koordinátáját a második találkozásig: motorcsónak: 1 ( v cs v f ) + 0,5 v f + t (v cs + v f ) = 7,5 [km] ahol tehát v f [km/h] a folyó sebessége a parthoz képest (pozitív), v cs [km/h] a motorcsónak sebességének nagysága a parthoz képest (előjele pozitív ill. negatív attól függően, hogy a csónak az x tengelyen pozitív vagy negatív irányba mozog), t [h] az az idő, amíg a csónak a folyón lefelé halad bekapcsolt motorral. tutaj: (1 + 0,5 + t) v f = 7,5 [km] A 3 ismeretlenre csak egyenletünk van. Átrendezve őket (1 + 0,5 + t) v f + (t 1) v cs = 7,5 + (t 1) v cs = 7,5 t = 1 h, v f = 3 km/h A csónak sebessége tetszőleges lehet. () A koordinátarendszerünk origója legyen a tutajra rögzítve, az x tengely pozitív iránya mutasson arra, amerre az első órában távolodik a csónak a tutajtól. Ekkor a tutaj x koordinátája természetesen végig zérus, és a motorcsónak x koordinátáját írjuk fel a második találkozásig: 1 v cs t v cs = 0 Ebből azonnal látható, hogy egyrészt mivel a csónak először 1 órát távolodik a tutajtól v cs sebességgel és utána ugyancsak v cs sebességgel közeledik hozzá, így a közeledés ideje is 1 óra, másrészt hogy a csónak sebessége tetszőleges. VEKTOROK - összefoglaló Műveletek vektorokkal 3D Descartes-koordinátarendszerben legyen a = 1i j + 3k, b = 4i 5j 6k szorzás skalárral pl. λ = 4 λa = 4i 8j + 1k összeadás a+b = 5i 7j 3k kivonás a b = 3i + 3j + 9k, b a = 3i 3j 9k RAJZ (fizikában: megváltozás későbbi korábbi!) λ 1 a + λ b : lineáris kombináció; sík egyenlete szorzás skaláris szorzat általánosan: a b = cos merőleges két vektor a skalárszorzatuk zérus számolás Descartes-koordinátarendszerben: 1

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 a b = 4+10 18 = 4 önmagával abszolút érték = 1+4+9 = 14 3,74 egységvektor: e a = 1/ 14 i / 14 j + 3/ 14 k két vektor által bezárt szög cos = a b /( ) = 4/( 14 77 ) 0,1 97 egyik vektor vetülete a másik irányára (fizikában: pl. munka számolásánál) pl. b vetülete e a -ra, azaz b-nek a-val párhuzamos vektorkomponense b a = b = (a b/ ) a = ( 4/14)(1i j + 3k) = /7 i + 4/7 j 6/7 k és b-nek a-ra merőleges komponense pedig b = b b a = 30/7 i 39/7 j 36/7 k vektoriális szorzat általánosan: nagysága = sin, iránya merőleges a két vektor által kifeszített síkra, és abba az irányba mutat, ahogy jobb kezünk középső ujja mutat, ha a hüvelykujjunk mutat a irányába és a mutatóujjunk b irányába (fizikában: pl. forgatónyomaték-vektor) párhuzamos két vektor a vektoriális szorzatuk zérus számolás Descartes-koordinátarendszerben: a b = (determináns kifejtésével) = = ( a y b z a z b y ) i + ( a z b x a x b z ) j + ( a x b y a y b x ) k = 7i + 18j + 3k ez merőleges az a és b vektorok síkjára, azaz λ 1 a+λ b -re: (λ 1 +4λ ) 7+( λ 1 5λ ) 18+(3λ 1 6λ ) 3=(7 36+9)λ 1 +(108 90 18)λ = 0 FÜGGVÉNYEK független változó skalár / vektor ; függő változó skalár / vektor : PÉLDÁK! S S S V: helyvektor r(t) - térgörbe, paraméteres alakban pálya V S: vektortól függő skalár: szintfelületek V V: vektortól függő vektor: vektorvonalak D polár majd később homogén/inhomogén; stacionárius, statikus Két egymásra merőleges rezgés egyenlete: x = 3A sin t y = A cos + Rajzoljuk le az eredő rezgés pályáját! x(t)-ből kifejezve sin(πt/t) = x/(3a), y(t)-t átalakítva és sin(πt/t)-t behelyettesítve π π π x y = Acos t + = Asin t = A = x, T T 3A 3 a pálya az y = x/3 egyenesnek a P 1 (-3A,A) és P (3A,-A) pontok közötti szakasza. x t y t y x

. hét KINEMATIKA Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 DERIVÁLÁS S S: Egy ember a tóparton levő A pontból a legrövidebb idő alatt szeretne a B pontba érni. Milyen útvonalat válasszon, ha a maximális futási sebessége v f, úszási sebessége pedig v ú? A B D ez nem rutin zh feladat! Az út két szakaszból áll, először valameddig fut a parton: legyen ez az ábra jelölése szerint s x, majd ott beugrik a vízbe és egyenesen a B pont felé úszik; ez az út x + D. A teljes idő tehát t( x ) = t f + t ú s x = + v f x v annak függvénye, hogy hol kezdett el úszni. Azt az x értéket keressük, amelynél t-nek minimuma van (azaz ahol a t(x) függvény deriváltja zérus): d t 1 x = + = 0, d x v f vú x + D v amiből x = ú D. v v Látszik, hogy ez csak akkor megoldás, ha v f > v ú (vagyis ha valaki gyorsabban úszik, mint ahogy fut, akkor végig csak ússzon). [A t(x) függvény második deriváltja d t/dx = D /(v ú (x +D ) 3/ ) > 0, tehát a szélsőérték tényleg minimum.] Ellenőrizzük még, teljesül-e, hogy x s, azaz: v A v f ú v ú s D s x B D v v f ú D 1+ s Ez automatikusan nem teljesül; ez azt jelenti, hogy ha nem tudunk ennyivel gyorsabban futni, mint úszni, akkor is végig úszni kell. Analógia a Snellius-Descartes-törvénnyel súrló beesés esetén: v o f a dt/dx = 0 kifejezésből látható, hogy x + D 1 sin 90 = = = = n vú x sin sin ( a teljes visszaverődés határszöge) f s ú + ú D DERIVÁLÁS S V: érintő Descartes-ban komponensenként (az egységvektorok deriváltja 0!); polárban majd V S: parciális derivált; iránymenti derivált, gradiens V V: rotáció, divergencia 3

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 Egy tömegpont helyvektora az időtől a következőképpen függ: r(t) = (at+b) i + (at b) j + ( ct +4at+5b) k, ahol a = 3 m/s, b = 10 m, c = 5 m/s. a/ Határozzuk meg a tömegpont sebességét és gyorsulását! b/ Mekkora a sebessége a t = 0 időpontban? c/ Milyen távol van a tömegpont az origótól az origótól a t = 0 időpontban? d/ Mely időpontban éri el a tömegpont az xy síkot? e/ Bizonyítsuk be, hogy a mozgás síkmozgás! Határozzuk meg a pálya síkját! a/ v(t) = r& (t) = a i + a j + ( ct+4a) k = 3 i + 3 j + ( 10t+1) k a(t) = v & ( t) = & r ( t) = c k = 10 k b/ v(0) = 3 i + 3 j + 1 k, nagysága v(0) = 3 1 + 1 + 4 1,7 m / s c/ r(0) = 10 i 10 j + 50 k, távolsága az origótól d = 10 1 + 1 + 5 5 m d/ az xy síkot akkor éri el, amikor z = 0, azaz 5 t + 1 t + 50 = 0 t 1 4,6 s (és t =, s ban is ott volt ) e/ A mozgás síkmozgás, ha Ax + By + Cz + D = 0 teljesül minden t-re, azaz A(at+b)+B(at b)+c( ct +4at+5b)+D=( Cc)t +(Aa+Ba+Ca)t+(Ab Bb+5Cb+D)=0, vagyis Cc = 0 C = 0 Aa + Ba = 0 B = A Ab Bb + D = 0 D = Ab Legyen A = 1, a sík egyenlete x y b = 0. Egy repülőgép mozgását az r(t) = a cos.. / 0 + a sin.. / j függvény írja le, ahol a = 00 m, t 0 = s. a/ Milyen pályán mozog a repülőgép? b/ Mekkora szöget zár be a sebességvektor a gyorsulásvektorral a t = 0 és a t = s időben? a/ x(t) = a cos (t/t 0 ) = 00 cos 0,5 t y(t) = a sin (t/t 0 ) = 400 sin 0,5 t Fejezzük ki az első egyenletből cos (t/t 0 )-t, a másodikból sin (t/t 0 )-t. Mivel cos t t 0 + sin t t 0 = 1, ezért x y + = 1, azaz egy ellipszisen mozog a repülőgép. a a x t y t y x b/ v(t) = r& (t) = a/t 0 sin (t/t 0 ) i + a/t 0 cos (t/t 0 ) j = 100 sin (t/) i + 00 cos (t/) j a(t) = v & ( t) = & r ( t) = a/t 0 cos (t/t 0 ) i a/t 0 sin (t/t 0 ) j = 50 cos (t/) i 100 sin (t/) j 4

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 t = 0 ban v(0) = 00 j, a(0) = 50 i, v(0) a(0) = 0 merőlegesek t = s ban v() = 100 sin 1 i + 00 cos 1 j = 84,15 i + 108,06 j, a() = 50 cos 1 i 100 sin 1 j = i 84,15 j, v() a() ( 84,15 ) ( 7,0) + ( 108,06) ( 84,15) cos = = = 0,58 v() a() 84,15 + 108,06 7,0 + 84,15 =,18 rad = 15 INTEGRÁLÁS S S: integrációs állandók! S V: kezdeti feltételek! határozott / határozatlan Egy csónak L szélességű folyón halad át a folyóra merőlegesen a vízhez képest állandó v sebességgel. A folyó vizének sebességeloszlása parabolikus: y 1 = 1 31 44 5 6 a/ Határozzuk meg a csónak pályájának egyenletét! b/ Mennyivel viszi le a víz a csónakot, míg az egyik partról a másikra ér? L 0 u 0 x ez nem rutin zh feladat! a/ A csónak eredő sebessége mindig a pálya érintőjének irányába mutat. u = dx/dt és v = dy/dt (dy/dt)/(dx/dt) = v / u = dy / dx a pálya érintője. u függ y-tól, tehát az alábbi differenciálegyenletet kell megoldanunk, hogy a pálya egyenletét y(x) avagy x(y) alakban megkapjuk: <= =? A. <> @ / A BCD E D Szeparáljuk és integráljuk: = F @ / H/? 1 G=DI4 = F IJ H D = J = @ / G=L K4? MH DN OH/ [ Vagy: F @ /? 1 G=D > = @ / G=L P4? MH D 3 H G(O E D )L I4 = H FIJ J = @ / D? és tudjuk, hogy x = 0 nál y = L/: 0 = @ / 3 H G(O E D )L 6+S = @ / H + S? MH D? M 6R = @ / MH D? 4 G=L MH D+S G=L 4 + H a pálya egyenlete. MH D M vagyis S = @ / H? M és J = @ / G=L 4 + H. ]? MH D M b/ A csónak átér, ha y = L/, ezt behelyettesítve J = M @ /? 5. (Vagy kihasználhatjuk, hogy y=0 t egyszerű behelyettesíteni az x(y) függvénybe: J(0) = @ / a folyó sebességeloszlása szimmetrikus, a teljes lesodródás ennek kétszerese.) H? M és mivel 5

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 Egy kipukkadt lufi sebességét az alábbi függvény adja meg: v(t) = 0, e 0,1t i,8 sin 4t j + (3 4t) k (Az időt másodpercekben, a távolságot méterben mérjük.) Kipukkadásakor, t = 0 s-ban a lufi az r = i + 1,4 j + 1,5 k pontból indult. a/ Hol lesz a lufi fél másodperc múlva? b/ A lufi egy olyan 3 3 3 m-es szobában van, melynek egyik sarkához illesztettük a koordinátarendszerünket. Mikor, melyik fal (ill. plafon v. padló) melyik pontjának megy neki először? J = UV > I = U0,W,A. I = 0, 0,1 W,A. +X A = W,A. + X A a kezdeti feltételből = + k 1 k 1 = 0, tehát J = W,A. 4 = UV = I = U(,8Z[\4)I =,8 4 ]^Z4 + X = 0,7]^Z4 +X a kezdeti feltételből 1,4 = 0,7 + k k = 0,7, tehát 4 = 0,7(1+]^Z4) _ = UV`I = U(3 4)I = (3 )+X M a kezdeti feltételből 1,5 = 0 + k 3 k 3 = 1,5, tehát _ = 3 +1,5 a/ t = 0,5 s behelyettesítésével x = e 0,05,105 m, y = 0,7(1+cos) 0,4087 m, z = 3 0,5 0,5 +1,5 =,5 m tehát r(0,5) =,105 i + 0,4087 j +,5 k [m] b/ A szobát határoló síkok az x = 0, x = 3, y = 0, y = 3, z = 0 és z = 3 síkok; azt kell megvizsgálni, melyik feltétel mikor teljesül, és a legkisebb időt kiválasztani. x = e 0,1t = 0 : soha x = e 0,1t = 3 : t x 4,055 s y = 0,7(1+cos4t) = 0 : t y 0,785 s y = 0,7(1+cos4t) = 0: soha z = 3 t t +1,5 = 0 : t z 1,896 s z = 3 t t +1,5 = 3 : soha A lufi tehát t = 0,785 s-ban nekimegy az y = 0 egyenletű fal x(0,785) =,16 m, z(0,785) =,6 m pontjának. V kiszámolása: V skalárra visszavezetve V S: pl. inhomogén test tömege, térfogati integrál V V: vonalintegrál skalár értékű (fizikában: munka) ill. vektor értékű cirkuláció, rotáció felületi integrál (felület normálisa!) skalár értékű fluxus, divergencia Gyakorló feladatok a zárthelyire: Ágyúgolyó röppályájának egyenlete r(t) = (at + b) i + (gt + ct + d) k, ahol a = 5 m/s, b = 100 m, c = 10 m/s, d = 00 m, g = 5 m/s. a/ Honnan lőtték ki az ágyúgolyót? A kilövés t = 0 s-ban történt. b/ Mekkora volt a kezdősebessége? c/ Mekkora volt a gyorsulása? d/ Mikor és hol ér földet az ágyúgolyó? e/ Mikor és hol lesz merőleges a sebesség a gyorsulásra? 6

a) t = 0 s-ban r(0) = b i + d k = 100 i + 00 k b) v(t) = r& (t) = a i + (bt + c) k = 5 i + ( 10t + 10) k, v(0) = 5 i + 10 k, v 0 = 5 + 10 11, m / s c) a(t) = v & ( t) = & r ( t) = b k = 10 k (azaz szabadesés) d) azaz a z = 0 síkot mikor éri el: gt + ct + d = -5t + 10t + 00 = 0 t 7,4 s e) a két vektor ott merőleges, ahol a skalárszorzatuk nulla: v a = 5 0 + ( 10t + 10) ( 10) = 100(t 1) = 0 t = 1 s, r(1) = 105 i + 05 k, ez a pálya csúcspontja. (gyorsabban megoldható a feladat a v z = 10t + 10 = 0 feltételből) Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 Egy test gyorsulása a(t) = 4a sin (ωt+ϕ 0 ) i + 4b sin ωt j, ahol ω = s 1, ϕ 0 = π/. t 1 = π/4 s-ban a test a r 1 = a i b j pontban van és sebessége v 1 = a i. a/ Adjuk meg a test helyvektorát és sebességét t = 3π s-ban! ( r =?, v =? ) b/ Milyen pályán mozog a test? c/ Mely időpontokban van legközelebb a test az origóhoz? a x = 4a sin (t+π/) = 4a cos t = v& x v x = a sin t + k 1 t 1 = π/4 s-ban v 1x = a k 1 = 0, v x = a sin t = x& x = a cos t + k t 1 = π/4 s-ban x 1 = a k = a, x = a cos t + a a y = 4b sin t = v& y v y = b cos t + k 3 t 1 = π/4 s-ban v 1y = 0 k 3 = 0, v y = b cos t = y& y = b sin t + k 4 t 1 = π/4 s-ban y 1 = b k 4 = 0, y = b sin t a/ r(3π) = ( a cos 6π + a) i b sin 6π j = 0, v(3π) = a sin 6π i b cos 6π j = b j b/ x(t) = a a cos t cos t = (a x)/a y(t) = b sin t j sin t = y / b Felhasználva, hogy cos + sin = 1: a pálya a x y + = 1 a b HF1 01 Egy test gyorsulása a(t) = ( t + 1 ) i + π cos (3πt) j. A t = 0 s ban v = i + j. Mennyi lesz t = 4 s ban a) a sebesség nagysága? b) a sebességvektornak az x tengellyel bezárt szöge? 7 ellipszis A sebességet megkapjuk, ha integráljuk a gyorsulást a kezdősebességet is beírva: a x = vab = t + 1 v x (t) = t + t + k 1 mivel v x (0) =, így 0 + 0 + k 1 = k 1 =, azaz v x = t + t + a y = vac = π cos(3πt) v y (t) = π/3 sin(3πt) + k mivel v y (0) =, így π/3 sin(0) + k = k =, azaz v y = π/3 sin(3πt) + tehát v(t) = ( t + t + ) i + (π/3 sin(3πt) + ) j t = 4 s-ban v(4) = (4 +4+) i + (π/3 sin(1π) + ) j = i + j Ennek nagysága d(4) = 31,1 m/s ; az x tengellyel azaz az i egységvektorral bezárt szöge: d(g) 0 cosφ = = Af = Φ = 45 d(g) A A

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 HF1 013 Egy m = 5 kg tömegű test sebességét az alábbi függvény írja le: v = a sin(bt) i + c sin(dt) j ahol a = 1 m/s, b = s 1, c = m/s, d = 1 s 1. A test a t = 0 s-ban az r = 9 i + 3 j [m] pontban volt. a./ Milyen pályán mozog a test? Rajzoljuk is meg! b. / Mekkora szöget zár be a sebesség és a gyorsulás t = π/ s-ban? v = a sin(bt) i + c sin(dt) j = 1 sin(t) i sin(t) j a./ r = Fd dt x(t) = Fv b dt = F( 1sin(t))dt = 6 cos(t) + k 1 x(0) = 6 cos(0) + k 1 = 6 + k 1 = x 0 = 9 k 1 = 3 y(t) = Fv c dt = F( sin(t))dt = cos(t) + k y(0) = cos(0) + k = + k = y 0 = 3 k = 1 tehát a pálya paraméteres alakban: r(t) = [ 6 cos(t) + 3 ] i + [ cos(t) + 1 ] j [m] A pálya alakja: cos(t) = (x 3)/6, cos(t) = (y 1)/ cos(t) = cos (t) sin (t) = cos (t) [1 cos (t)] = cos (t) 1 tehát (x 3)/6 = [(y 1)/] 1 az x = 3y(y ) parabolának az a része, amire 3 x 9 ( és 1 y 3 ) vagy: y =±g bfm M + 1 b./ a = da = ab cos(bt) i + cd cos(dt) j = 4 cos(t) i cos(t) j v(π/) = 1 sin(π) i sin(π/) j = j [m/s] a(π/) = 4 cos(π) i cos(π/) j = 4 i [m/s ] merőlegesek Két légy mozgásának pályafüggvénye r 1 (t) = a t i + b t j + c k r (t) = i + d t j + e t k ahol a = 5 m/s, b = m/s, c = 5 m, d = 3 m/s, e = m/s. a/ Írjuk fel egymástól való távolságukat az idő függvényében! b/ Számítsuk ki a t = 10 s-ban a két légy sebességvektorát és sebességük nagyságát! Egy m = 5 kg tömegű test sebességét az alábbi függvény írja le: v = a sin bt i + c sin dt j (m/s) ahol a = 1 m, b = s 1, c = m, d = 1 s 1. A test a t = 0 s-ban az r = 9 i + 3 j (m) pontban volt. a/ Adjuk meg a testre ható erőt az idő függvényében! (Vektorként és a nagyságát is.) b/ Adjuk meg a test helyvektorát az idő függvényében! c/ Milyen pályán mozog a test? Rajzoljuk is meg! d/ Mekkora szöget zár be a sebesség és a gyorsulás t = π/ s-ban? Műrepülés közben két repülőgép pályája a következő pályafüggvényekkel adható meg: r 1 (t) = a cos 3ωt j + a sin 3ωt k r (t) = 3a cos (5ωt+π) i + 3a sin (5ωt+π) j ahol a = 100 m, ω = 0,1 s 1. a/ Milyen pályákon repülnek a repülőgépek? b/ Mekkora a távolság a két repülőgép között t = 0 s-ban? 8

Egyéb feladatok - pl. érdekesek Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 A és B város 84 km-re vannak egymástól. Két biciklis elindul egy időben, az egyikük A-ból B-be 16 km/h, a másik B-ből A-ba 1 km/h sebességgel. Egy fecske is elindul velük egy időben A városból B város felé, de amikor találkozik a B-ből jövő biciklissel, visszafordul A felé, majd amikor találkozik az A-ból jövő biciklissel, visszafordul B felé, és így tovább. Mekkora utat tesz meg a fecske a biciklisták találkozásáig? A fecske sebessége 50 km/h óra, és egy szempillantás alatt meg tud fordulni. A megoldást nem úgy keressük, hogy a fecske és az egyik ill. másik biciklista találkozásának helyét és idejét számoljuk ki és a fecske által megtett utakat összegezzük, hanem a két biciklista találkozásáig eltelt összes időt számoljuk ki, mert a fecske addig végig repül, így az idő ismeretében az általa megtett út könnyebben kiszámolható. A találkozásig eltelt idő - az egyik biciklistához rögzített koordinátarendszerben: mivel a biciklisták egymással szembe haladnak, a másik biciklista sebessége az origóban lévőhöz képest 16+1 = 8 km/h, kezdetben a távolság köztük 84 km, tehát t = 84 / 8 = 3 h. - az úthoz rögzített koordinátarendszerben: az origó A városban van, az onnan induló biciklista koordinátája x 1 = 16 t, a B városból indulóé pedig x = 84 1 t. Találkozáskor x 1 = x : 16 t = 84 1 t t = 3 h. A fecske által megtett út s = 3 50 = 150 km. A és B város vízparton helyezkednek el egymástól d távolságra. Egy motorcsónakkal, ami a vízhez képest v cs sebességgel tud menni, elmegyünk A-ból B-be, majd vissza B-ből A-ba. Megegyezik-e az oda-vissza út ideje, ha a víz folyó ill. tó? Ha a víz egy folyó és A-tól B felé folyik v f sebességgel, akkor A-ból B-be t AB = d /(v cs + v f ) idő alatt, B-ből A-ba t BA = d /(v cs v f ) idő alatt ér a csónak, tehát az összes idő t folyó = d/(v cs + v f ) + d/(v cs v f ). Ha a víz egy tó, akkor oda- ill. visszaút ideje is t = d / v cs, tehát t tó = d / v cs.. hijcó. ló = m f m nopqn h noprn h Dm = nop noprn h qnopqn h nop D rn h D D nop =? op D? op D O? h D > 1 [Hogyhogy? mert a folyó kevesebb ideig segíti a csónakot, mint akadályozza.] Egy villamosvonalon a villamosok T időközönként járnak c sebességgel. A pálya mellett gépkocsi halad v sebességgel. Mennyi időközönként találkozik a gépkocsi villamosokkal? Írjuk fel egy villamoshoz rögzített koordinátarendszerben az autó sebességét: ha az autó és a villamosok ellenkező irányba mennek: v rel = v + c ha az autó és a villamosok egy irányba mennek és v > c: v rel = v c ha az autó és a villamosok egy irányba mennek és v < c: v rel = c v A villamosok távolsága egymástól d = c T, ekkora távolságot kell megtenni az autónak, tehát az ehhez szükséges idő t = c T / (v + c), ha az autó és a villamosok ellenkező irányba mennek, t = c T / (v c), ha az autó és a villamosok egy irányba mennek és v > c, és t = c T / (c v), ha az autó és a villamosok egy irányba mennek és v < c. Lelépjük egy szekér hosszát menet közben: a szekérrel egy irányba menve a lépésnek mérjük, szembe menve pedig b lépésnek mérjük. Milyen hosszú a szekér? A szekér sebessége v sz, az emberé v e. Ha egy irányba mennek, akkor t 1 idő alatt ér el az ember a szekér végétől a szekér elejéig, ezalatt v e t 1 = a (1) lépést tesz meg, és v e t 1 = v sz t 1 + L () Ha szembe mennek, akkor a t idő alatt jut el az ember a szekér elejétől a végéhez, ezalatt v e t = b (3) lépést tesz meg, és (v e +v sz ) t = L (4) 9

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 Ez 4 egyenlet 5 ismeretlennel, ügyesen kell rendezgetni. Pl. (1)-et behelyettesítve ()-be v sz t 1 = a L, másrészt (3)-at behelyettesítve (4)-be v sz t = L b, és a két egyenletet elosztva t 1 /t = (a L)/(L b). Ugyanakkor (1)-et elosztva ()-vel t 1 /t = a/b. Ezeket összevetve (a L)/(L b) = a/b, amiből L = tu tfu Egy R sugarú, ω szögsebességű kerék szíjáttétellel hajt egy R sugarú, tőle d távolságban levő kereket. Adjuk meg a két kerék azon pontjainak távolságát az idő függvényében, amelyek a t = 0 időpontban a legközelebb vannak egymáshoz! R sugarú autókerékre rátapadt egy kavics. t = 0 s-ban a kavics pont az úttesten van. Az autó sebessége v. Adjuk meg a kavics helyét, sebességét, gyorsulását az idő függvényében! Folyóvíz sebessége 3 m/s, és van egy csónakunk, ami a vízhez képest 4 m/s sebességgel tud menni. Mekkora legyen a folyó sodrával bezárt szög, ha a/ a legrövidebb idő alatt; b/ a legrövidebb úton szeretnénk átérni a túlpartra? a/ A csónak orra mutasson a túlsó part felé, b/ A csónak eredő sebessége legyen merőleges a azaz = 90. folyó sodrára, azaz a β = 138,6. y y L 0 v cs v e v f x L 0 v cs β v e v f x 3. hét: dinamika, hajítás 3/1. Egy m = 1 g tömegű test a t 1 = s időben az x tengely pozitív felén van az origótól x 1 = 10 cm-re, sebessége a +y tengely irányába mutat és nagysága v 1 = 10 cm/s. A test a t = 5 s időpontban a P ( 0,5 cm, 15 cm, 0) pontban van, a sebessége a x tengely irányába mutat és nagysága v = 7 cm/s. A testre állandó erő hat. a/ Mekkora az erő nagysága? b/ Mekkora a test sebessége a t 3 = 8 s időpontban, és hol lesz a test akkor? Állandó erő esetén a gyorsulás állandó: F/m = a = konst., azaz v& = konst., & r& = konst. integrálással a sebességvektor: v(t) = a t + v(0), és a helyvektor: r(t) = ½ a t + v(0) t + r(0). A feladatban adott volt a helyvektor és a sebességvektor - időben: t 1 = s: r() = 0,1 i [m], v() = 0,1 j [m/s], t = 5 s: r(5) = 0,005 i + 0,15 j [m], v(5) = 0,07 i [m/s]. A fenti általános képletekbe behelyettesítve tehát ½ a + v(0) + r(0) = 0,1 i, a + v(0) = 0,1 j ½ a 5 + v(0) 5 + r(0) = 0,005 i + 0,15 j, a 5 + v(0) = 0,07 i 3 ismeretlen vektorunk van: a, v(0) és r(0) és 4 egyenletünk, a feladat túlhatározott; v() és v(5) értékéből megkapjuk a és v(0) értékét, és bármelyik r -ből r(0)-at. a/ A gyorsulást megkapjuk a sebességekből: v(t ) v(t1) v v(5) v() 0,07 0,1 m a = = = = i j. t t t 5 3 3 s 1 10

1 0,0149 Ennek nagysága a = 0,07 + 0,1 = 0,04 m / s, 3 3 a testre ható erő nagysága pedig F = ma 10 3 kg 0,04 m/s = 4 10 5 N. 0,14 0,5 b/ A test kezdősebessége v( 0) = v(t1 ) at1 = v(t ) at = i + j, 3 3 tehát a test sebessége 0,07 0,14 0,1 0,5 v( t) = t + i + t + j. 3 3 3 3 t 3 = 8 s-ban v(8) = a 8 + v(0) = 0,14 i 0,1 j, ennek nagysága A test helyvektora t = 0 s-ban 0,16 0,80 r( 0) = r(t1) 1 at1 v(0) t1 = r(t ) 1 at v(0) t = i j, 3 3 tehát a test helyvektora 1 0,07 0,14 0,16 1 0,1 0,5 0,80 r(t) = t + t + i + t + t j. 3 3 3 3 3 3 t 3 = 8 s-ban r(8) = ½ a 8 + v(0) 8 + r(0) = = 0,3 i [m] Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 v(8) = 0,14 + 0,1 0,17 m / s. Megjegyzés: a fenti képletekbe a t = 0 s-hoz tartozó v(0) és r(0) értékeket írtuk be, de a v(t) és r(t) függvényeket felírhatjuk tetszőleges t 0 időhöz tartozó v(t 0 ) és r(t 0 ) értékekkel: v(t) = a (t t 0 ) + v(t 0 ), r(t) = ½ a (t t 0 ) + v(t 0 ) (t t 0 ) + r(t 0 ). Így kiszámolhatjuk v(8)-at és r(8)-at úgy is, hogy nem kell számolni v(0)-t és r(0)-t. Ráadásul esetünkben t 3 és t között ugyanannyi idő telik el, mint t és t 1 között, t = 3 s, és mivel a gyorsulás állandó, ezért ugyanannyit változik a sebesség is ( v = a t), azaz v(8) = v(5) + v = v(5) + [ v(5) v() ], vagy az is igaz, hogy v(8) = v() + v = v() + [ v(5) v() ]. A helyvektor számolásánál pedig r(8) = ½ a (8 5) + v(5) (8 5) + r(5) vagy r(8) = ½ a (8 ) + v() (8 ) + r(). Hajítás összefoglalás A testre állandó erő hat, így a gyorsulása is állandó: a = F/m = konst., méghozzá a = g. Mutasson a koordinátarendszerünk z tengelye az erővel ellentétes irányba: F/m = g k, így a = g k = v& v = g t k + v 0 = r& r = ½ g t k + v 0 t + r 0. Forgassuk úgy a koordinátarendszerünket a z tengely körül úgy, hogy a kezdősebességnek csak x és z irányú komponense legyen: v 0 = v 0x i + v 0z k = v 0 cos i + v 0 sin k ( a kezdősebességnek a vízszintessel bezárt szöge), ekkor v = v 0 cos i + (v 0 sin g t) k, vagyis v x = v 0 cos, v y = 0, v z (t) = v 0 sin gt. Ha lehet úgy választani, legyen r 0 = 0, akkor r = (v 0 cos) t i + ((v 0 sin) t ½ g t ) k, vagyis x(t) = (v 0 cos) t, y(t) = 0, z(t) = (v 0 sin) t ½ g t. A hajítás pályája: x(t) = (v 0 cos) t t = x /(v 0 cos), z(t) = (v 0 sin) t ½ g t, t-t behelyettesítve z(x) = tg x g x, a pálya tehát parabola. v0 cos A hajítás magassága: h = z max. Ekkor dz/dt = v z = 0: v 0 sin gt h = 0 t h = v 0 sin/g, 11

h = z(t h ) = (v 0 sin) (v 0 sin/g) ½ g (v 0 sin/g) = ( v sin ) 0. g (Vagy kiszámolhatjuk a pályából, a dz/dx=0 feltételből.) Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 A hajítás távolsága azonos z indulási és érkezési magasság esetén!: d = x(t d ), ahol z(t d ) = 0. t d = t h (mivel a pálya szimmetrikus), d = x(t d ) = (v 0 cos) ( v 0 sin/g) = 0 sin ; g (Vagy a pálya egyenletéből: z = 0, ha x = v 0 sin /g. A másik gyök, x = 0 a kiindulási pont). v 3/. Egy függőlegesen feldobott kő sebessége s múlva 4 m/s a/ felfelé, b/ lefelé. Mekkora volt a kezdősebesség, és milyen maximális magasságot ért el? g = 10 m/s (próbáljunk elszakadni attól, hogy külön írjuk fel a felfelé ill. a lefelé haladó mozgást!) A z tengely felfelé mutat, tehát a = g v = v 0 gt, ahol v és v 0 pozitív, ha felfelé mutat, ill. negatív, ha lefelé. v() = v 0 g = v 0 0 v 0 = v() + 0 [m/s] a/ v() = 4 m/s v 0 = 4 m/s és h = v 0 / (g) = 8,8 m b/ v() = 4 m/s v 0 = 16 m/s és h = 1,8 m 3/3. 360 km/h vízszintes sebességű, magasan repülő repülőgépről kiejtenek egy tárgyat. Milyen kezdősebességgel kell 10 s-mal később egy másik tárgyat utánadobni, hogy 14 s múlva találja el a kiejtett tárgyat? g = 10 m/s v r = 360 km/h = 100 m/s. Tegyük fel, hogy a gép az x tengely irányában repül: az első test helyvektora r 1 (t) = r 0 + v r t i ½ g t k = r 0 + 100 t i 5 t k, a másodiké r (t) = r 0 + v r t i + [v(t 10) ½ g (t 10) ] k = r 0 + 100 t i + [v(t 10) 5 (t 10) ] k. (A tárgy vízszintes sebessége nem változik, akár a gépen van, akár szabadon esik, mivel a közegellenállás elhanyagolható, tehát vízszintes irányú erő nem hat a testre.) Mivel r 1 (14) = r (14), 5 14 = v 4 5 4 v = 5 m/s 3/4. Béni áll az emeleti erkélyen. Abban a pillanatban, amikor Frédi kilép az utcára sebessége v F = 1 m/s Béni v 0 = m/s sebességgel elhajít egy hógolyót. a/ Milyen szögben kell elhajítania, hogy a hógolyó Frédi fejére essék? b/ Mennyi idő múlva találja el? c/ A kaputól milyen távolságra találja el? d/ Frédi felmegy az utca másik oldalán lévő ház erkélyére és megcélozza a vele egy magasságban lévő barátját. Béni megijed, az elhajítás pillanatában leugrik az erkélyről (szabadesésnek vegyük!). Mi történik, ha Frédi v 0 = 0 m/s kezdősebességgel vízszintesen hajított? e/ Mekkora minimális v 0 * kezdősebességgel kell Frédinek vízszintesen hajítania, hogy még éppen eltalálja Bénit? B v 0 v 0 F h=5 m 1,5 m F v F 10 m 1

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 A hógolyó akkor esik Béni fejére, amikor a hógolyó és Frédi fejének helyvektora megegyezik. Frédi fejének magasságát vegyük z = 0 -nak(1,5 m-rel a járda fölött); Frédi fejének vízszintes komponense x F = v F t = 1 t (x=0 a kapunál van és az x tengely arra mutat, amerre Frédi megy); a hógolyó vízszintes komponense x h = (v 0 cos) t = ( cos) t; a hógolyó függőleges komponense z h = h + (v 0 sin) t ½ g t = 5 + ( sin ) t 5 t. a) A vízszintes komponensek (x F = x h ) egyenlőségéből cos = ½, = ±60. (Vegyük észre, hogy a hógolyó mindig Frédi feje fölött van.) A vízszinteshez képest 60 -os szögben kell eldobnia akár ferdén felfelé, akár ferdén lefelé. b) A függőleges komponensek egyenlőségéből: 5 + sin 60 t 5 t = 0 t 1,19 s, ha felfelé, ill. 5 sin 60 t 5 t = 0 t 0,84 s, ha lefelé dobja. c) Bármelyik vízszintes elmozdulásból x F = x h = 1,19 m ill. x = 0,84 m. d) Most Béni fejének és a másik hógolyónak a helyvektorát kell felírni: Béni feje: x B = 0, z B = h ½ g t = 5 5t, a második hógolyó: x h = d v 0 t = 10 0t, z h = 5 5t. Ekkor tehát Béni feje és a hógolyó mindig egy magasságban van a kérdés tehát az, hogy vízszintesen átére a hógolyó Béni fejéhez, mielőtt leesnének a z = 0-ra: 5 5t = 0 t 0 = 1 s alatt esnek le, de x h = 10 0t = 0 t = 0,5 s alatt a hógolyó már eléri Béni fejét és eltalálja z B = z h = 5 5t = 3,75 m magasságban. e) Ahhoz, hogy maximum t 0 = 1 s alatt x h = d v 0 * t = 0 legyen, v 0 * 10 m/s. 3/5. Két ferde hajítás kezdősebességének nagysága és a hajítás távolsága azonos. Az egyik hajítás maximális magassága a másik négyszerese. Számítsuk ki a hajítási idők arányát! A kezdősebességek megegyeznek: v 01 = v 0, a hajítás szöge 1 ill.. A két hajítás távolsága megegyezik: d 1 = v 01 sin 1 /g = d = v 0 sin /g [1] a maximális magasságok aránya 1:4 : h 1 = v 01 sin 1 /(g) = 4 h = 4 v 0 sin /(g) [] v01 sin 1 A [] egyenletből sin 1 = 4 sin t sin sin 1 = sin h 1 g 1 = = =. t v0 sin h sin g (Az[1] egyenletből kiindulva pedig meghatározható a két hajítás szöge is: sin 1 = sin 1 cos 1 = sin = sin cos cos 1 = cos 1 = 63,4, = 6,6, de ez nem volt kérdés.) Gyakorló feladatok 3/6. h = 40 m magas torony tetejéről 45 -os szög alatt (fölfelé) elhajítanak egy testet v 0 = 40 m/s kezdősebességgel. Mekkora a távolság a kiindulási és földre érkezési pont között? A test helyvektorának függőleges komponense: z(t) = h + v 0 sin t ½ g t = 40 40 sin 45 t 5 t, földet éréskor z(t * ) = 0 t * = 6,83 s ; vízszintes komponense: x(t) = v 0 cos t = 40 cos 45 t, földet éréskor x(t * ) = 193,1 m. A távolság a kiindulási és földet érési pont között d = 40 + 193,1 197, m 13

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 3/7. A hegyről lövik a síkságon lévő lőállásokat. A hegyen és a síkságon lévő ágyúk egyformák, az ágyúgolyók kezdősebessége v 0 = 500 m/s. A hegyen lévő ágyú csöve vízszintesen áll. A síkságon lévő ágyúból a golyót pont 1 s-mal azután lövik ki, hogy meglátták a hegyi ágyú torkolattüzét. Sikerül is az ágyúgolyót még a levegőben eltalálni és eltéríteni a céltól. Hol találja el egymást a két ágyúgolyó? Mekkora a síkságon lévő ágyú csövének a vízszintessel bezárt szöge? z v 0 00 m v 0 x 800 m A hegycsúcsról kilőtt ágyúgolyó helyvektora, ha az origó a hegy talppontjában van, az x tengely a síkságon lévő ágyú felé mutat, és az ágyúgolyót t = 0-ban lőtték ki: r 1 (t) = 500t i + (00 10/t ) k, a síkságon kilőtt ágyúgolyó helyvektora pedig r (t) = [800 500 cos(t 1)] i + [500 sin(t 1) 10/(t 1) ] k A két ágyúgolyó helyvektora egyenlő kell legyen; komponensenként felírva: x koordináta: 500t = 800 500 cos(t 1) z koordináta: 00 10/t = 500 sin(t 1) 10/(t 1) Az első egyenletből cos(t 1) = (800 500t)/500 = 1,6 t, a másodikból sin(t 1) = (05 10t)/500 = 0,41 0,0t. Ezeket négyzetre emelve és összeadva egy t-ben másodfokú egyenletet kapunk, aminek a megoldása t 1 1,4 s és t 3040 s. A t 1 -ből számolt szög 1 64,9, és az ágyúgolyók találkozásának helye x 1 (t 1 ) = 500 1,4 = x (t 1 ) = 800 500 cos64,9 0,4 711 m z 1 (t 1 ) = 00 5 1,4 = z (t 1 ) = 500 sin64,9 0,4 5 0,4 190 m r(t 1 ) = 711 i + 190 k [m]. A t -ből számolt szög 178,9, és az ágyúgolyók találkozásának helye x 1 (t ) = 500 3040 = x (t ) = 800 500 cos178,9 3039 1,5 10 6 m z 1 (t ) = 00 5 3040 = z (t ) = 500 sin178,9 3039 5 3039 4,6 10 7 m ami nem lehetséges, mert a föld felszínét (a z = 0-t) előbb elérik az ágyúgolyók. (Ha a Föld sokkal nagyobb lenne vagy a Föld lapos lenne -, és a homogén erőtér közelítés érvényes lehetne ekkora távolságon is, és az ágyúgolyók földet érési pontja előtt elkezdődne egy 4,6 10 7 m mély kráter, akkor lenne csak értelme ennek a megoldásnak.) 3/8. Milyen szög alatt kell vízszintes terepen elhajítani egy testet, hogy a hajítási magasság megegyezzen a hajítási távolsággal? h = d: v 0 sin / (g) = v 0 sin /g sin = sin tg = 4 76 3/9. A 00 m magas hegy talppontjától (a hegycsúcs alatti ponttól) 500 m-re lévő puska irányzékát milyen (legkisebb) szögre kell állítani, hogy átlőjön a hegycsúcs fölött? Mennyi idő telik el, amíg a puskagolyó a hegy csúcsa fölé érkezik? A puskagolyó kezdősebessége 1000 m/s. 14

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 vízszintesen x = v 0 t cos : 500 = 1000 t cos t cos = 0,5 függőlegesen z = v 0 t sin ½ g t : 00 = 1000 t sin 5 t t sin = t /00 + 0, Felhasználva, hogy (t cos ) + (t sin ) = t, egy t -ben másodfokú egyenletet kapunk: 0,5 + t 4 / 40000 + 0,00 t + 0,04 = t, amiből t 1 = 0,539 s és t = 199,8 s. A megfelelő szögek: 1 = 1,93 (ez a minimális) és = 89,86 (ezt már veszélyes kipróbálni!) 3/10. Melyek azok a pontok, amelyekből elejtve az A golyót, az a 45 -os lejtőről rugalmasan ütközve éppen a lejtő aljára pattan? A golyó a lejtő fölött h magasságból indul, így a lejtőre érkezéskor v* (függőleges irányú) sebessége lesz: z = h = 1/ g t 1 t 1 = h g v* = gt 1 = gh. A lejtőről való elpattanáskor ez lesz a vízszintes irányú kezdősebessége, mivel a lejtő 45 -os. Egyenesen a lejtő aljába pattan, így vízszintesen x = v* t, függőlegesen z = ½ g t utat tesz meg, és mivel a lejtő 45 -os, x = z, azaz v* t = ½ g t. Ebből t = v*/g és x = z = v* / g, v*-t beírva x = z = 4h, azaz azok a pontok, ahonnan elejtve a golyót, az a lejtőn rugalmasan ütközve éppen a lejtő aljára pattan, a z = 5/4 x egyenes pontjai. 3/11. 50 m/s kezdősebességgel függőlegesen felfelé hajítanak egy tárgyat. Ugyanakkor 50 m magasról szabadeséssel leesik egy másik tárgy. Mikor és milyen magasan találkoznak? 3/1. Mekkora kezdősebességgel kell az origóból a vízszinteshez képest 60 -os szög alatt eldobni egy labdát, hogy az a P (4,3) pontba érkezzen? y 45 A x ÉS EGY HALADÓ FELADAT: A vízszinteshez képest mekkora szög alatt kell adott h magasságból adott v 0 kezdősebességgel elhajítani egy tárgyat, hogy az a lehető legmesszebb érjen földet? h magasságból indulva t d időben 0 legyen a z test koordinátája: z(t d ) = 0 = h + (v 0 sin) t d ½ g t d h = ½ g t d (v 0 sin) t d és eközben vízszintesen megtesz d távolságot: x(t d ) = d =(v 0 cos) t d. Ennek keressük a maximumát, ha változhat (v 0 adott). Rendezzük az egyenleteket úgy, hogy t d -t kifejezve az egyikből és áthelyettesítve a másikba felírjuk d-t függvényében, majd megkeressük a d() függvény szélsőértékét (deriváljuk szerint és megoldjuk a dd/d = 0 egyenletet). Tehát d-ből t d = d/(v 0 cos) h = ½ g/(v 0 cos) d (v 0 sin)/(v 0 cos) d, azaz d (v 0 /g) sin d h(v 0 /g)cos = 0 I(v) =? / D Z[\v + g? D / w w Z[\ v + h? D / w ]^Z v << = D <y? / w ]^Zv + z n/ D { }~y }yo zn / D { }~y ƒz n / D D{ D }~ D yf z n / D { }D y Hosszas rendezgetés után ebből megkapjuk, hogy = 0 és ] v = 1 + w? / D. 15

4. hét Dinamika Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 Egy traktor két pótkocsit vontat nyújthatatlan drótkötelekkel. Mekkora erő feszíti a köteleket, ha indításnál a traktor 1 perc alatt gyorsít fel 40 km/h sebességre? A traktor tömege 3 t, a pótkocsik tömege - t, a gördülő ellenállási együttható 0,1, g = 9,81 m/s. m F F F 1 F 1 F tr m 1 m tr Mivel 1 perc alatt gyorsít a traktor 40 km/h sebességre állandó gyorsulással: a = v / t = (40/3,6 0) / 60 0,185 m/s. A mozgásegyenletek: traktor: m tr a = F tr F 1 µm tr g első pótkocsi: m 1 a = F 1 F µm 1 g második pótkocsi: m a = F µm g ahol F tr az út által az traktorra a mozgás irányába kifejtett erő, F 1 és F a két kötélerő. Ezekből sorra kiszámolható F = m (a+µg) = 000(0,185+0,1 9,81) = 33 N, F 1 = F + m 1 (a+µg) = 33 + 000(0,185+0,1 9,81) = 4664 N, F tr = F 1 + m tr (a+µg) = 4664 + 3000(0,185+0,1 9,81) = 8163 N. Mekkora erő szükséges ahhoz, hogy állandó gyorsulással s alatt nyugalmi helyzetből indulva felhúzzunk egy 6 kg tömegű testet egy 30 -os, 1 m magas lejtőn, ha a súrlódási együttható 0,? Lejtő: a mozgásegyenlet vektori alakban: ma = mg + F + F ny + F s. Merőleges komponensekre kell bontani, de nem függőleges és vízszintes, hanem lejtővel párhuzamos és arra merőleges komponensekre bonjuk. lejtővel párhuzamos (felfelé pozitív): ma = F mg sin µf ny lejtőre merőleges (kifelé pozitív): ma = F ny mg cos A gyorsulásnak csak lejtővel párhuzamos komponense lehet, ezért F ny = mg cos és a mozgásegyenlet a lejtővel párhuzamosan ma = F mg sin µmg cos (Ha lenne még olyan erő, aminek van a lejtőre merőleges komponense, akkor F ny és azzal együtt F s nagysága is változna; F s irányát pedig a sebesség szabja meg.) Tehát: a lejtő hossza, azaz a megtett út s = h / sin = m; v 0 = 0, így s = ½ a t a = s/t = 1 m/s. A mozgásegyenletből F = m (a+gsin+µgcos) = 6 (1+10 sin30 +0, 10 cos30 ) = 46,4 N. Csigán átvetett nyújthatatlan kötél egyik végén m 1 = kg, másik végén m = 1 kg tömegű test lóg. A kötél súrlódásmentesen mozoghat. Írjuk fel az egyes testek mozgásegyenleteit! Határozzuk meg a kötélben fellépő feszítőerőt, és az egyes testek gyorsulását! (A csiga tömege elhanyagolható.) 16

F k F k m 1 m Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 Itt most látszik, hogy m 1 fog lefelé gyorsulni, de ha bonyolultabb a feladat, fel kell tételezni valamit. Mivel a kötél és a csiga tömege elhanyagolható és a csiga súrlódásmentes (és a kötél nyújthatatlan), ezért a kötélerő a kötél mentén állandó. Mivel a kötél nyújthatatlan, a két test gyorsulásának nagysága megegyezik. Szokás az előjeleket nem a függőlegesen felvett z tengelyhez viszonyítani, hanem a kötél mentén felvenni egy pozitív irányt, így a mozgásegyenletek: m g m 1 g m 1 a = m 1 g F k m a = F k m g Ebből = O D f D = w M = 3,7 ˆ/Z és = D f D = Gw M = 13,08 Š Vízszintes asztallapon kiskocsi mozog. A kiskocsit egy csigán átvetett kötélre akasztott súly mozgatja. m = 100 g esetén a kiskocsi 3 s alatt, m = 00 g esetén a kiskocsi 1 s alatt teszi meg az 1 m-es utat nyugalmi helyzetből kiindulva. Mekkora a kocsi tömege, és mekkora a súrlódási együttható? g = 10 m/s M m A mozgásegyenletek: Ma = Fk µ Mg ma = mg Fk M(a+µg) = m(g a) m 1 = 0,1 kg esetén a 1 = s / t 1 = 1 / 3 = /9 m/s : M(/9+10µ) = 0,1(10 /9) m = 0, kg esetén a = s / t = 1 / 1 = m/s : M(+10µ) = 0,(10 ) M = 0,35 kg, µ = 0,57 a/ Bizonyítsuk be: ha a testre ható erő mindig merőleges a test sebességére, akkor a test sebességének nagysága nem változik. b/ Bizonyítsuk be: ha a testre ható erő mindig egyező irányú a test sebességével, akkor a test sebességének iránya nem változik. ez nem zh-nak való feladat! Írjuk fel a test gyorsulását úgy, hogy deriváljuk a test sebességvektorát: = V Œ = a = Va Œ + V Œ a ( Œ a merőleges Œ -re ) a/ Ha az erő, azaz a gyorsulás merőleges a test sebességére, akkor az Œ irányú komponense zérus kell legyen, tehát Va = 0, V = X^\Z. b/ Ha az erő, azaz a gyorsulás egy irányú a sebességgel, vagyis az arra merőleges komponense zérus, akkor Œ a = 0, vagyis Œ = X^\Z. a/ másként: nézzük meg, mit ad, ha deriváljuk a sebességvektor önmagával vett skaláris szorzatát: < = < = =. <. <. Ha v és F merőlegesek, akkor a skaláris szorzatuk zérus, tehát < = 0 ; de tudjuk, hogy < a sebesség nagyságának négyzete állandó, azaz a sebesség nagysága állandó. <. <. = <?? <., vagyis 17

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 Vízszintes súrlódásmentes felületen m 1 = 3 kg tömegű test, kötéllel hozzákötve m = 7 kg tömegű test, kötéllel hozzákötve m 3 = 10 kg tömegű test, és azt húzzuk F = 100 N erővel vízszintesen. A kötelek nyújthatatlanok, a tömegük elhanyagolható. Mekkora a testek gyorsulása és mekkorák a kötélerők? m 1 m m 3 F Vízszintes asztalon m = kg tömegű test, az asztal szélén lévő csigán átvetett kötéllel hozzákötve m 1 = 0,5 kg tömegű test lóg függőlegesen. Mekkora a kötéllel egymáshoz kötött testek gyorsulása és a kötelet feszítő erő, ha az m tömegű test a/ a vízszintes felületen súrlódás nélkül csúszhat; b/ és a vízszintes felület közötti súrlódási együttható µ = 0,? m m 1 Mennyivel nyúlik meg a két test közé iktatott rugó, amikor az összekapcsolt rendszer egyenletesen gyorsuló mozgásban van? Mindhárom test tömege m = 1 kg, a súrlódási együttható µ = 0,, a rugóállandó k = 4 N/cm, a csiga, a rugó és a kötelek tömege elhanyagolható, a csiga súrlódásmentes, a kötelek nyújthatatlanok. m m m m m F 1 F 1 F F F 3 F 3 F 4 F 4 m Kötélerők: egy-egy kötélszakasz két végén azonos nagyságú az erő, mert a kötelek tömege elhanyagolható. F 1 = F, mert a rugó tömege elhanyagolható (ha lenne tömege, a két kötélerő különbsége gyorsítaná a rugót). Ez a kötélerő lesz arányos a rugó megnyúlásával: F 1 = F = F r = k l. F 3 = F 4, mert a csiga tömege elhanyagolható és súrlódásmentes. A mozgásegyenletek (F 1 helyett is F -t, F 4 helyett is F 3 -at írva): a lógó testre ma = mg F 3 a középső testre ma = F 3 F F s = F 3 F µmg a bal oldali testre ma = F F s = F µmg Ezekből = woµ w = AOµ = AO, 10 = m/s. M M M A rugó megnyúlását F -ből számoljuk, azt pedig a bal oldali test egyenletéből kapjuk meg: F = ma + µmg = 1 (+0, 10) = 4 N l = F / k = 1 cm. 18

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 A kettős lejtő = 30 hajlásszögű oldalán m 1 = kg tömegű, a β = 45 hajlásszögű oldalán m = 1 kg tömegű test fekszik, a két test össze van kötve egy csigán átvetett kötéllel. A súrlódás elhanyagolható. Mekkora a testek gyorsulása? m 1 m 30 45 m hajlásszögű lejtőre kötéllel összekötött két testet teszünk. A lejtő és az m 1 tömegű test közötti csúszási súrlódási együttható µ 1, az m tömegű testé pedig µ. Mi a feltétele annak, hogy a két test között a kötél feszes legyen? Mekkora a kötélerő? m 1 µ 1 µ m 1 a = m 1 g sin µ 1 m 1 g cos F k m a = m g sin µ m g cos + F k = KZ[\v f D D ]^ZvN és f = D ( D O ) ]^Zv D f D A kötél feszes, ha F k 0, azaz ha µ µ 1 (az egyenlőség esetén feszes kötéllel kell letenni) VAGY: gyorsabb megoldás, ha a mozgásegyenleteket felírjuk a kötélerő nélkül, és azt mondjuk, hogy ha az alsó test gyorsulása legalább akkora, mint a felső test gyorsulása, akkor a kötél feszes marad. m 1 a 1 = m 1 g sin µ 1 m 1 g cos a 1 = (sin µ 1 cos ) g, hasonlóan a = (sin µ cos ) g a 1 a : sin µ 1 cos sin µ cos µ µ 1 Mennyivel nyúlik meg a rugó? m 1 = kg, m = 3 kg, m 3 = 5 kg, µ 1 = 0,, µ = 0,06, k = 0,5 N/cm. A kötelek súlytalanok és nyújthatatlanok, a csiga súlytalan és súrlódásmentes, a lejtő nem tud elmozdulni. m µ m 1 m 3 µ 1 30 Állandó hajlásszögű egyenes lejtőn csúszunk lefelé a szánkónkkal v sz = 3 m/s állandó sebességgel. A súrlódási együttható µ = 0,14. A szánkó elején van egy csúzli, ami vízszintesen, v 0 = 16 m/s kezdősebességgel tud kilőni egy golyót. A lejtő végénél van egy céltábla. Milyen magasságban kell a mozgó szánkóból a csúzlit kilőni, hogy eltaláljuk a céltáblát? 19

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 A lejtő hajlásszögét abból tudjuk kiszámolni, hogy a szánkó amit gyorsít a nehézségi erőnek a lejtővel párhuzamos komponense és fékez a súrlódási erő állandó sebességgel csúszik, vagyis a (lejtővel párhuzamos) gyorsulása zérus: ma = mg sin µ F ny = 0. A lejtőre merőleges mozgásegyenletből: ma = F ny mg cos tudjuk, hogy F ny = mg cos, és így a lejtővel párhuzamos mozgásegyenlet ma = mg sin µmg cos = 0 µ = 0,14 = tg = arc tg 0,14 8. A szánkó sebességének vízszintes komponense v sz,x = v sz cos,971 m/s, függőleges komponense v sz,z = v sz sin 0,416 m/s. A kilőtt golyó sebességének vízszintes komponense v g0,x = v sz,x + v 0,971+16 = 18,971 m/s, kezdősebességének függőleges komponense v g0,z = v sz,z 0,416 m/s. z v 0 h v sz 0 x A koordinátarendszert az ábra szerint választva a golyó az x = 0, z = h pontból indul és az x = h/tg, z = 0 pontba kell megérkezzen, tehát x: ( v sz,x + v 0 ) t = h / tg z: h v sz,z t ½ g t = 0. Az elsőből h-t kifejezve és átírva a másodikba ( v sz,x + v 0 ) t tg v sz,z t ½ g t = 0, amiből t = v 0 tg / g 0,448 s és visszahelyettesítve h = v 0 tg ( v sz sin + v 0 tg ) / g 1,19 m. Az ábra szerint elhanyagolható tömegű nyújthatatlan kötéllel egymáshoz kötünk egy M, m 1 és m tömegű testet és 38 -os hajlásszögű lejtőre tesszük. A lejtő tetején egy ideális (súrlódásmentes, elhanyagolható tömegű) csiga van. Az m 1 és m tömegű testek és a lejtő közötti csúszási súrlódási együttható µ = 0,08. a.) Mekkora a testek gyorsulása és mekkorák a kötélerők? b.) Ha az M tömegű testet eltávolítjuk, mekkora erővel kell húzni a kötelet, hogy az m 1 és m tömegű testek gyorsulása ne változzon? c.) Hányszorosára nő a testek gyorsulása, ha az M tömeg kétszeresére nő? (a kötelet nem húzzuk) 38 m µ m 1 µ M M = 7 kg m 1 = 5 kg m = 3 kg µ = 0,08 g = 10 m/s 0

Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 F ny1 F k1 38 m F ny F s µ m g F k F k m 1 F s1 µ m 1 g a.) Az m 1 -re ill. m -re a lejtő által kifejtett nyomóerő F ny1 = m 1 g cos38 ill. F ny = m g cos38 (ezt megkaphatjuk a lejtőre merőleges komponensből: ma = F ny mg cos38 = 0), így a súrlódási erők F s1 = µ F ny1 = µ m 1 g cos38 ill. F s = µ F ny = µ m g cos38. A lejtővel párhuzamosan F k1 M Mg M a = Mg F k1 m 1 a = F k1 F k m 1 g sin38 F s1 = F k1 F k m 1 g sin38 µ m 1 g cos38 m a = F k m g sin38 F s = F k m g sin38 µ m g cos38 Ezekből a = O( f D )( M O š M ) g 1,047 m/s f D f és a kötélerők: F = D(Af M f š M ) f D f g 3,50 N; F A = ( f D )(Af M f š M ) g 6,67 N. f D f Megjegyzés: Itt a súrlódási erők irányát úgy vettük fel, hogy feltettük, hogy az M tömeg lefelé gyorsul. A gyorsulásra pozitív érték jött ki, ebből tudjuk, hogy tényleg ebbe az irányba gyorsulnak a testek. Ha azt feltételezve indulunk el, hogy az M tömeg felfelé gyorsul, akkor a gyorsulásra negatív számot kapunk, a = 1,7 m/s jönne ki. Ilyenkor nem elég mindennek az előjelét megváltoztatni, merthogy a gyorsulás nagysága is más lesz amiatt, hogy a súrlódási erők iránya megváltozik, ezért az egyenleteket újra fel kell írni a másik irányt tekintve pozitívnak. A pozitív irány kiválasztásában az segíthet, hogy megnézzük, súrlódási erők nélkül merre kezdene gyorsulni a rendszer: itt jobbra Mg = 70 N, balra (m 1 +m )g sin38 49,5 N hat a csigánál, tehát jobbra gyorsul. b.) Ha m 1 és m marad és a gyorsulásuk változatlan, akkor a kötélerők is változatlanok. Ez azt jelenti, hogy a kötelet a fent kiszámolt F k1 6,67 N nagyságú erővel kell húzni. Megjegyzés: Azért nem Mg = 70 N nagyságú erővel, mert az az erő ahhoz volt szükséges, hogy mindhárom testet gyorsítsa, de most kisebb az össztömeg. Az Mg F k1 7,33 N erő magát az M tömegű testet gyorsítja, így lesz annak is 7,33/7 1,047 m/s nagyságú gyorsulása. [Az F k1 m 1 g sin38 F s1 m g sin38 F s 8,38 N erő gyorsítja az m 1 +m tömegeket (8,38/8 1,047m/s ), az F k1 m 1 g sin38 F s1 F k 5,4 N az m 1 tömeget (5,4/5 1,047m/s ) és az F k m g sin38 F s 3,14 N az m tömeget (3,14/3 1,047m/s ).] c.) A gyorsulás nem kétszeresére nő, mert ugyan Mg értéke kétszeresére nő, de az m 1 és m testekre ható ellentétes irányú erők változatlanok. Az a.) pontban felírt egyenletekbe M = 14 kg-ot behelyettesítve a* 3,896 m/s, ez ~3,7-szerese az előző gyorsulásnak. Egy = 30 hajlásszögű, h = 1,6 m magas lejtő tetejéről elengedünk egy ládát. Ugyanebben az időpontban a lejtő tetejéről egy labdát úgy dobunk el, hogy az a lejtő legalján éppen a ládába essen. Mekkora és milyen irányú kezdősebességgel kell a labdát eldobni? A láda és a lejtő közötti súrlódási együttható µ = 3 / 8. 1

A láda súrlódással csúszik lefelé a lejtőn, a mozgásegyenlete lejtőre merőlegesen: ma = 0 = F ny mg cos lejtővel párhuzamosan: ma = mg sin µf ny tehát a gyorsulása a lejtő síkjában Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 a = a = (sin µcos) g = (sin30 M M cos30 ) 10 = (0,5 M ) 10 = 3,15 m/s. Zérus kezdősebességről indulva s = h / sin = 1,6 / sin30 = 3, m-t tesz meg a láda a fenti gyorsulással: s = t t = g } = g M, 1,43 Z alatt ér le a láda. M,A Ennyi idő alatt kell a labdának ugyanabba a pontba érkeznie, azaz ha az origóból indul, vízszintesen h / tg = 1,6 / tg30,77 m-t tesz meg és az x,77 [m] pontba, függőlegesen h = 1,6 m-t tesz meg és a z = 1,6[m] pontba érkezik. azaz x = (v 0 cos) t = (v 0 cos) 1,43 =,77 z = (v 0 sin) t g/ t = (v 0 sin) 1,43 g/ 1,43 = 1,6 v 0 6,34 m/s, 7,. NEM ZH-FELADATOK: m tömegű tömegpont mozog az xy síkban. A tömegpontra a sebességével arányos és arra merőleges erő hat, az arányossági tényező β. Az erő is benne van az xy síkban. Írjuk fel a test mozgásegyenletét! Milyen pályán mozog a test? (egyszerűbb polárkoordinátában!) Két anyagi pont, A és B kölcsönhatásban van egymással. Az A pontra még egy, az A-t és B-t összekötő egyenesre merőleges F 1 erő is hat. A B pont gyorsulása a B. Mekkora az A pont gyorsulása? 5. hét Körpálya Asztalon m = 0,5 kg-os golyót l = 0,5 m-es fonálon v 0 = 5 m/s kezdősebességgel meglökünk. (A kezdősebesség merőleges a fonálra.) Mekkora lesz s múlva a golyó sebessége és a fonálerő? µ = 0, Körpályán mozgó test gyorsulása tangenciális, azaz érintőirányú és radiális, azaz sugárirányú komponensekre bontva:. = Va, = = V /. A testre két erő hat: a kötélerő, ami sugár irányban befelé mutat, és a súrlódási erő, ami érintő irányú, és a sebességgel ellentétes irányba mutat, tehát ˆ. = ˆVa = } = ˆ, ˆ = ˆ =?D =. Az első egyenletből V = V. behelyettesítve v() = 5 0, 10 = 1 m/s ; és a második egyenletből F k = 0,5 1 /0,5 = 1 N. Egy R = 10 cm sugarú gömb belsejében a sugár fele magasságában elhelyezkedő vízszintes síkban egy golyó kering. Számítsuk ki a keringési időt!

A centripetális erő a (függőleges) nehézségi erő és a (gömb adott pontbeli érintősíkjára merőleges, tehát a gömb középpontja felé mutató) nyomóerő eredője. Legyen a nyomóerőnek a függőlegessel bezárt szöge. A geometriai feltételekből látható, hogy cos = ½R / R = ½, tehát = 60. Az erőket felrajzolva látható, hogy F cp = mg tg. Másrészt F cp = mrω, ahol r a körpálya sugara (a keringés síkjában): r = R sin 60 = 3/ R. Tehát F cp = mrω = m R sin 60 ω = mg tg 60 ω = g / R T = π / ω 0,44 s. mg Fizika számgyak zh1 gyakorló 014 F ny F cp R R R/ r = 3/ R R/ Az y = (0,5cm 1 )x egyenletű parabola y tengely körüli forgatásával nyert paraboloid belsejében az y = cm és az y = 4,5 cm magasan elhelyezkedő síkokban két golyó kering. a/ Milyen sebességgel keringenek? b/ Mennyi idő alatt tesznek meg egy fordulatot? a) A centripetális erő a (függőleges) nehézségi erő és a forgási paraboloid adott pontbeli érintősíkjára merőleges nyomóerő eredője. A mértékegységek miatt írjuk fel a parabola egyenletét úgy, hogy bevezetünk egy a paramétert: y = ax, és tudjuk, hogy a = 0,5 cm 1. Behelyettesítéskor erre figyelni kell; legegyszerűbb cm-ben számolni, de akkor g-t is át kell számolni cm/s -be: g = 1000 cm/s. A parabola érintője dy/dx, ahol tehát dy/dx = d(ax )/dx = ax, vagyis az érintőnek az x tengellyel bezárt szögére tg = dy/dx = ax. Az erőket felrajzolva látható, hogy F cp = mg tg ; másrészt F cp = mv /r. A körpálya sugara mindig az adott y magasság felhasználásával a parabola egyenletéből visszaszámolható x érték, azaz x 1 = cm, x = 3 cm. Ezekből F cp = mv /r = mv /x = mg tg = mg ax v = ax g v 1 63, cm/s, v 94,9 cm/s. b) ω = v/r = v/x = ag = π/t T = π / ag 0, s a keringés helyétől függetlenül. mg F ny F cp y r = x x Kúpinga hossza l, a kúpszög. Mekkora a keringési idő? mg F k x F cp A centripetális erő a (függőleges) nehézségi erő és a kötélirányú húzóerő eredője. Ezeket felrajzolva látható, hogy F cp = mg tg, másrészt F cp = mrω. A körpálya sugara r = lsin. Tehát F cp = mrω = m lsin ω = mg tg ω = l T = π g cos π = T l cos g 3