1. Feladatok munkavégzés és konzervatív erőterek tárgyköréből. Munkatétel

Hasonló dokumentumok
1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

1. Feladatok merev testek fizikájának tárgyköréből

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

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

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

Fizika feladatok október 19.

Irányításelmélet és technika I.

Munka, energia Munkatétel, a mechanikai energia megmaradása

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

2.3 Newton törvények, mozgás lejtőn, pontrendszerek

Gyakorló feladatok Feladatok, merev test dinamikája

Fizika 1i, 2018 őszi félév, 4. gyakorlat

KÖRMOZGÁS, REZGŐMOZGÁS, FORGÓMOZGÁS

Fizika feladatok - 2. gyakorlat

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

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

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

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

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

Az inga mozgásának matematikai modellezése

Fizika alapok. Az előadás témája

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

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

37. Mikola Sándor Országos Tehetségkutató Fizikaverseny I. forduló feladatainak megoldása I. kategória: gimnázium 9. évfolyam

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

Felvételi, 2018 szeptember - Alapképzés, fizika vizsga -

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

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

A statika és dinamika alapjai 11,0

5. Körmozgás. Alapfeladatok

1. ábra. 24B-19 feladat

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

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

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

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

Mechanika, dinamika. p = m = F t vagy. m t

1 2. Az anyagi pont kinematikája

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

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

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

33. Mikola Sándor Országos Tehetségkutató Fizikaverseny I. forduló feladatainak megoldása. Gimnázium 9. évfolyam

Mérnöki alapok 2. előadás

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

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

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

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

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

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

Fizika 1 Mechanika órai feladatok megoldása 4. hét

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

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

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

Komplex természettudomány 3.

Kifejtendő kérdések december 11. Gyakorló feladatok

33. Mikola Sándor Országos Tehetségkutató Fizikaverseny I. forduló február 11. (kedd), óra Gimnázium 9. évfolyam

Kinematika szeptember Vonatkoztatási rendszerek, koordinátarendszerek

Mechanika. Kinematika

1. Feladatok rugalmas és rugalmatlan ütközések tárgyköréből

Mechanika - Versenyfeladatok

Mechanika I-II. Példatár

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

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

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

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

8. Egy r sugarú gömb tetpontjából egy kisméret részecske súrlódás nélkül csúszik le a gravitációs er hatására. Hol hagyja el a gömbfelületet?

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

35. Mikola verseny 2. fordulójának megoldásai I. kategória, Gimnázium 9. évfolyam

Kényszerfeltételek február 10. F = ma

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

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

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

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

Erők (rug., grav., súly, súrl., közegell., centripet.,), forgatónyomaték, egyensúly Rugalmas erő:

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

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

3. fizika előadás-dinamika. A tömeg nem azonos a súllyal!!! A súlytalanság állapotában is van tömegünk!

Öveges korcsoport Jedlik Ányos Fizikaverseny 2. (regionális) forduló 8. o március 01.

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

2.4. Coulomb-súrlódással (száraz súrlódással) csillapított szabad rezgések

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória

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

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

Értékelési útmutató az emelt szint írásbeli feladatsorhoz I.

rnök k informatikusoknak 1. FBNxE-1 Klasszikus mechanika

Erők (rug., grav., súrl., közegell., centripet.,), és körmozgás, bolygómozgás Rugalmas erő:

Mérnöki alapok 2. előadás

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

36. Mikola Sándor Országos Tehetségkutató Fizikaverseny I. forduló feladatainak megoldása

Merev testek kinematikája

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

Dinamika. p = mυ = F t vagy. = t

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

Egy nyíllövéses feladat

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

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

Fizika feladatok november 24.

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

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

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

Átírás:

1. Feladatok munkavégzés és konzervatív erőterek tárgyköréből. Munkatétel Munkavégzés, teljesítmény 1.1. Feladat: (HN 6B-8) Egy rúgót nyugalmi állapotból 4 J munka árán 10 cm-rel nyújthatunk meg. Mekkora munkavégzés szükséges további 10 cm-rel való megnyújtásához, ha a Hooketörvény mindvégig érvényben marad? Megoldás: Két megnyúlás van. Az első l = l 1 l 0 = 10 cm, amelyre felírható, hogy Innen a k rugóállandó értéke kifejezhető A további l 2 = 10 cm nyújtáshoz szükséges munkavégzés W = 1 2 k( l)2. (1.1.1) k = 2W = 800N/m. (1.1.2) ( l) 2 W = 1 2 k(l 2 + l) 2 1 2 k( l)2 = 12J. (1.1.3) 1.2. Feladat: (HN 6B-39) Egy 48 km/h sebességgel egyenletesen haladó gépkocsira a légellenállás 900 N erővel hat. Mekkora teljesítménnyel dolgozik a motor a légellenállás leküzdésére? Megoldás: A teljesítmény P = dw dt, (1.2.1) ahol a dw elemi munka dw = Fdr. (1.2.2) Ezt behelyettesítve a teljesítmény P = F dr dt = Fv = 12000W. (1.2.3) 2015. október 24. 3

BME Fizikai Intézet Munkatétel 1.3. Feladat: (HN 6B-23) A 1. ábra szerint 2 kg-os testet vízszintes 27 N nagyságú ero vel tolunk fel egy 200 -os lejto n. A csúszási súrlódási együttható a lejto és a test között 0,180. (a) Mekkora a test gyorsulása? (b) Határozzuk meg a kinematikai egyenletek felhasználásával a nyugalomból induló test sebességét abban a pillanatban, amikor 3 m-t tett meg a lejto n felfelé! (c) Válaszoljunk a (b) kérdésre a munkatétel alkalmazásával! 1. ábra. Megoldás: Jelölések: m = 2 kg; F = 27 N; α200 és µ = 0, 180. (a) A mozgásegyenletek felírásához bontsuk fel az F ero t lejto irányú, felfele mutató (F cos α) és lejto re mero legesen lefele mutató (F sin α) komponensekre. A felfele mozdulást pozitív elo jelu nek tekintve a lejto irányú mozgásegyenlet ma = F cos α mg sin α µn. (1.3.1) 0 = N mg cos α F sin α (1.3.2) A N támaszero a egyenletbo l fejezheto ki. A két egyenletbo l a gyorsulás a= F(cos α µ sin α) g sin α µg cos α = 6, 74 m/s2. m (1.3.3) (b) Az s út megtétele utáni sebesség v= 2sa = 6, 36 m/s. (1.3.4) (c) A testre ható lejto irányú (felfele mutató) eredo ero F = F(cos α µ sin α) mg sin α µmg cos α, 2015. október 24. (1.3.5) 4

amelynek munkája változtatja meg a test mozgási energiáját Innen a v sebesség 1 2 mv2 = F s = (F(cosα µsinα) mgsinα µmgcosα)s. (1.3.6) v = 6,36m/s. (1.3.7) 1.4. Feladat: A d vastagságú deszkába m tömegű v 0 sebességű lövedék csapódik. Mekkora lesz a másik oldalon kilépő lövedék v sebessége, ha (a) a deszkában állandó a ható F erő, (b) a deszkában a behatolási mélységtől függő F(x) = Dx erő fékezi? (A D konstans paraméter.) Megoldás: A munkatétel szerint: 1 2 mv2 1 2 mv2 0 = W, (1.4.1) ahol W a testen végzett munka. Ami az a, esetben: és a b, esetben az egyenes alatti területtel: W = Fd, (1.4.2) W = 1 2 Dx2. (1.4.3) Ezekkel a sebességek: a, és b, v = v = 2 m 2 m ( ) 1 2 mv2 0 Fd, (1.4.4) ( 1 2 mv2 0 1 ) 2 Dd2. (1.4.5) Munkavégzés konzervatív erőtérben. Potenciális energia 1.5. Feladat: (HN 7B-18) Egy kicsiny, m tömegű test a sima, r sugarú félgömb tetején nyugszik. A nyugalmi helyzetéből kissé kimozdítva, súrlódásmentesen lecsúszik a gömbön. Mekkora a függőlegessel bezárt szög, amikor a test elhagyja a gömb felszínét? Megoldás: A potenciális energia zérus szintje legyen a félgömb alján. Így a helyzeti energia 2015. október 24. 5

2. ábra. mozgás kezdetén E p1 = mgr, a kinetikus energia E k1 = 0 mivel a test áll. A felülettől történő elválás pillanatában: E p2 = mgr cosθ, a mozgási energia E k2 = 1 2 mv2. A mozgás során nincs súrlódás és közegellenállás, így a mechanikai energia megmaradó mennyiség, azaz írhatjuk: E k1 + E p1 = E k2 + E p2. (1.5.1) Behelyettesítés után: mgr = 1 2 mv2 + mgr cosθ. (1.5.2) A körmozgás feltétele: mv 2 = mgcosθ N, (1.5.3) r ahol a jobboldal első tagja a súlyerő radiális komponense, az N a támaszerő. Az elválás pillanatában: N = 0. (1.5.4) Az egyenletek megoldása: cosθ = 2 3 θ = 480. (1.5.5) 1.6. Feladat: (HN 7B-21) Egy m tömegű testet l hosszúságú kötélre ingaként felfüggesztünk. A test vízszintes helyzetből indul. Az O felfüggesztési ponttól 2/3l távolságban kicsiny pöcköt helyeztünk el, melybe a kötél lengése során beakad. Így a test a legalsó pont elérése után egy 1/3l sugarú függőleges körpályára tér át. Határozzuk meg a fonalat feszítő erőt az A pontban, ami a pöcök elérése utáni legmagasabb helye a testnek! Megoldás: A potenciális energia zérus szintje legyen az A pont magasságában. Így a mechanikai energia megmaradás tétele miatt egyszerűen mg 1 3 l = 1 2 mv2. (1.6.1) 2015. október 24. 6

3. ábra. Másrészt a pecek körüli körmozgásra az A pontban az m v2 1 3 összefüggés írható, ahol K a kötélerő. A két egyenletből l = K + mg (1.6.2) K = mg. (1.6.3) 2. Feladatok a gyorsuló koordináta-rendszerek tárgyköréből Centrifugális erő 2.1. Feladat: Egy M = 1,499 10 25 kg tömegű, R = 10000 km sugarú bolygó északi sarkán k = 100 N/m direkciós erejű rugóra m = 1 kg tömegű testet lógatunk. A bolygó ω = 10 4 1/s szögsebességgel forog. (a) Mekkora a rugó megnyúlása? (b) Ezt követően a mérést az egyenlítőn megismételjük. Mennyi ekkor a rugó megnyúlása? Megoldás: (a) A bolygó északi sarkán végzett mérés során ahol x a rugó megnyúlása, amely γ mm R 2 = k x, (2.1.1) x = γ mm = 0,1m = 100mm. (2.1.2) kr2 2015. október 24. 7

(b) Az egyenlítőn figyelembe kell vennünk a centrifugális erőt, amellyel az egyenlet úgy módosul, hogy Innen a x megnyúlás azaz a rúgó megnyúlása 1 mm-rel kevesebb. γ mm R 2 mrω2 = k x. (2.1.3) x = γ mm kr mrω2 = 0,099m = 99mm, (2.1.4) 2 k Coriolis-erő 2.2. Feladat: (HN 14C-33) A mesterlövész balról jobbra haladó célpontra céloz. A célt követő puskacső a vízszintes síkban mozog. A puska szögsebessége 1,5 rad/s abban a pillanatban, amikor az 5 g tömegű lövedék 500 m/s sebességgel éppen kilép a csőből. (a) A forgó rendszerben mekkora Coriolis-erő hat a lövedékre a cső elhagyásának pillanatában? (b) Milyen irányú ez az erő? Megoldás: Jelölések: ω = 1,5 rad/s; m = 5 g és v = 500 m/s. (a) A puska csöve az óra járásának megfelelően fordul el, így az ω szögsebességvektor függőlegesen lefele mutat. A Coriolis-erő a ω szögsebességvektor és a v sebességvektorokkal F = 2mω v, (2.2.1) amelynek nagysága figyelembe véve, hogy ω és v egymásra merőlegesek F = 2mωv = 7,5N. (2.2.2) (b) Az erő iránya jobbról balra mutat. 2.3. Feladat: A Föld napi forgása következtében az eső testek kelet felé elhajlanak. (a) Mekkora az Egyenlítőre szabadon eső test keleti irányú gyorsulása? (b) Számítsuk ki, hogy a becsapódás pillanatában mekkora a keleti irányú sebessége annak a testnek, amely h = 100 m magasból esik szabadon az Egyenlítőre! Megoldás: 2015. október 24. 8

(a) Az Egyenlítőn szabadon eső testnek a Coriolis-erő következményeként figyelembe véve, hogy a Föld ω szögsebessége és a leeső test v sebessége egymásra merőleges a(t) = 2ωv = 2ωgt (2.3.1) keleti irányú gyorsulása van. (b) A t időtartamú esés során az a(t) = 2ωgt egyenes alatti terület éppen a keleti irányú sebesség: v(t) = ωgt 2. (2.3.2) * Más úton: v(t) = t a(t)dt = t 0 0 2ωgt dt = ωgt 2. (2.3.3) Az esés ideje 4,47 s, ω = 7,27 10 5 rad/s, g = 10 m/s 2 adatokkal számolva: v kelet = 1.45 10 2 m/s. (2.3.4) 2015. október 24. 9