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

Hasonló dokumentumok
KÖRMOZGÁS, REZGŐMOZGÁS, FORGÓMOZGÁS

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

1. Feladatok merev testek fizikájának tárgyköréből

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

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

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

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

Mechanika. Kinematika

1. Feladatok munkavégzés és konzervatív erőterek tárgyköréből. Munkatétel

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

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

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

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

Gyakorló feladatok Feladatok, merev test dinamikája

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

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

Felvételi, 2018 szeptember - Alapképzés, fizika vizsga -

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

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

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

Rezgőmozgás, lengőmozgás

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

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

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

Feladatlap X. osztály

A mechanikai alaptörvények ismerete

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

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

rnök k informatikusoknak 1. FBNxE-1 Klasszikus mechanika

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

Mérnöki alapok 2. előadás

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

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

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

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

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

Munka, energia Munkatétel, a mechanikai energia megmaradása

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

Hatvani István fizikaverseny Döntő. 1. kategória

Kifejtendő kérdések december 11. Gyakorló feladatok

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

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

Irányításelmélet és technika I.

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

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

Javítási útmutató Fizika felmérő 2015

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

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

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

Fizika feladatok - 2. gyakorlat

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

Egy nyíllövéses feladat

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

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

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

2.3 Newton törvények, mozgás lejtőn, pontrendszerek

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Tömegmérés stopperrel és mérőszalaggal

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

ÁLTALÁNOS JÁRMŰGÉPTAN

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

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

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

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

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

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

1. MECHANIKA Periodikus mozgások: körmozgás, rezgések, lengések

Merev testek kinematikája

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

FIZIKA ZÁRÓVIZSGA 2015

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

a) Valódi tekercs b) Kondenzátor c) Ohmos ellenállás d) RLC vegyes kapcsolása

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

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

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

Vizsgatémakörök fizikából A vizsga minden esetben két részből áll: Írásbeli feladatsor (70%) Szóbeli felelet (30%)

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória

Értékelési útmutató az emelt szint írásbeli feladatsorhoz

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

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

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

Fizika 1i, 2018 őszi félév, 4. gyakorlat

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Fizika alapok. Az előadás témája

Fizika minta feladatsor

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

Mechanika I-II. Példatár

1. ábra. 24B-19 feladat

IMPULZUS MOMENTUM. Impulzusnyomaték, perdület, jele: N

Hidrosztatika. Folyadékok fizikai tulajdonságai

Newton törvények és a gravitációs kölcsönhatás (Vázlat)

Fizika példák a döntőben

Rezgések és hullámok

DINAMIKA ALAPJAI. Tömeg és az erő

Folyadékok és gázok mechanikája

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

Átírás:

Oktatási Hivatal A 1/14. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA II. KATEGÓRIA Javítási-értékelési útmutató 1.) Vízszintes, súrlódásmentes (légpárnás) felületen, egyik lapjára merőlegesen v sebességgel mozog egy merev, tömör, homogén anyageloszlású, d oldalélű kocka. A kocka beleütközik egy kicsiny, a felületből éppen csak kiálló, rögzített, d hosszúságú akadályba, ami a kocka homloklapjával párhuzamos. Az ütközés pillanatában a kocka homloklapjának alsó éle teljes hosszúságában nekifeszül az akadálynak. Az ütközés rugalmatlan, amit úgy kell értelmeznünk, hogy a pillanatszerű ütközés folyamatában a kocka ütköző, alsó éle megáll. A pillanatszerű ütközést követően a kocka mozgása különböző módon folytatódhat attól függően, hogy mekkora volt a kocka v kezdősebessége. Kicsiny kezdősebességek esetén az ütközés után a kocka kissé felbillen, majd visszaesik a vízszintes felületre. a) Egy bizonyos v 1 kezdősebesség után a kocka már felborul, vagyis átfordul kezdeti mozgásának homloklapjára. Mekkora ez a v 1 sebesség? b) Ha a kezdősebességet v értékig tovább növeljük, akkor közvetlenül a pillanatszerű ütközés után a kocka ütköző éle hátracsúszik. Mekkora ez a v sebesség? c) Ha még tovább növeljük a kezdősebességet v értékig, akkor közvetlenül a pillanatszerű ütközés után a kocka ütköző éle felugrik a vízszintes felületről. Mekkora ez a v sebesség? (A tömör, homogén kocka tehetetlenségi nyomatéka bármely, a tömegközéppontján átmenő md tengelyre vonatkoztatva. ) 6 Megoldás: a) Mivel az ütközés pillanatszerű, így a nehézségi erő erőlökése, illetve forgatónyomaték lökése elhanyagolható. Ezért az ütközés során a perdület megmarad, ha a perdületet az ütközési pontra vonatkoztatjuk: d md md v mv. 4d Az egyenlet bal oldalán a kocka ütközés előtti pályaperdülete szerepel, ami az ütközés során a rögzített ütközési él mint forgástengely körüli perdületté alakul. A kocka élére vonatkozó tehetetlenségi nyomatékot a Steiner-tétel segítségével számítottuk ki, ahol figyelembe vettük a forgástengely d / -vel történő eltolódását.

Akkor billen át a kocka, ha az ütközést követően a forgási energiája megegyezik a maximális magassági energianövekedéssel, ami 45-os elfordulásnál következik be (ekkor a kocka tömegközéppontjának emelkedése ( d d ): 1 1 md v 8 1 d d gd mg 1. 4d v b) Ha a kocka kis sebességgel érkezik az akadályhoz, akkor kicsit felbillen, majd visszaesik. Ha v -nál nagyobb sebességgel érkezik, akkor átbillen, vagyis felborul (erről szólt az előző kérdés). Ha nagy sebességgel érkezik az akadályhoz, akkor furcsán fog viselkedni. Ezt a viselkedést közvetlenül az ütközést követő pillanatban kell vizsgálnunk, amikor még éppen vízszintes a kocka alsó lapja. Az ütközőnél ható kényszererőket (a szokásos módon) jelöljük K x -szel és K y -nal, illetve rajzoljuk be a nehézségi erőt is. Tételezzük fel, hogy a kocka ekkor a pillanatnyi forgástengely (momentán centrum) körül forog v szögsebességgel, és írjuk le a tömegközéppont (TKP) gyorsulását. 4d A TKP gyorsulása az centripetális és az a a cp é d d érintő irányú gyorsulás (egymásra merőleges és a vízszinteshez képest 45-ban lefelé mutató) tagokból áll. A TKP függőlegesen lefelé mutató gyorsulása: a y d d, míg a vízszintesen balra mutató gyorsulás: d d a x, Szükségünk van még a szöggyorsulásra: d mg M g M. md 4d Írjuk fel Newton második törvényét vízszintes és függőleges összetevőkre: K ma, mg K ma. x x y y OKTV 1/14. forduló

A számolás során ki kell használnunk, hogy v. A behelyettesítések elvégzése után 4d megkapjuk az ütközőnél fellépő vízszintes és függőleges kényszererőt: 9v Kx m g 8 d 5 9v Ky m g 8 d A függőleges kényszererő gd v 9 esetén vált előjelet (ezért azt gondolhatnánk, hogy ilyenkor felugrik a kocka), azonban a vízszintes kényszererő hamarabb, 9v g 4gd > d 8 v esetén vált előjelet, tehát a kocka ekkor még nem ugrik fel, hanem az ütköző éle hátracsúszik. Ilyenkor megszűnik a vízszintes kényszererő (súrlódásmentes a felület), és így a kocka vízszintes sebessége állandó marad. Ha beülünk egy vízszintesen egyenes vonalú egyenletes mozgást végző rendszerbe, ahol a kockával együtt mozgunk, akkor ott azt láthatjuk, hogy a TKP függőlegesen emelkedik. A kocka TKP-jának emelkedése ilyenkor alacsonyabb pályán történik, mint amikor az ütköző él körül tisztán elfordul, de magasabb pályán, mintha ferde hajítással mozogna, ahogy majd ez a még nagyobb kezdősebességek esetén történik. c) Amikor a kocka alsó éle hátracsúszik, akkor nem használhatjuk tovább az előző leírást, mert az ütköző él nem marad továbbra is rögzített pillanatnyi forgástengely (ilyenkor a kocka alsó éle gyorsul, a hozzá rögzített rendszer nem inerciális). Tehát nem az előző részben gd megmutatott v összefüggés adja a felugrás feltételét. 9 Célszerű a tömegközépponti rendszert használni. Most azt kell megvizsgálnunk, hogy mekkora kezdősebesség esetén ugrik fel a kocka. Ilyenkor már nincs vízszintes K x kényszererő, ezért a leírásunk némileg egyszerűbb. A tömegközéppontra vonatkozó forgatónyomaték adja a kocka szöggyorsulását: d K M y Ky M. 1 md md 6 A kényszerfeltétel felírásakor azt használjuk ki, hogy amíg a kocka ütköző éle csak hátracsúszik, vagyis még nem ugrik fel, addig az él pontjainak függőleges irányú gyorsulása nulla. A kockának erre a sarkára úgy írhatjuk fel ezt a kényszerfeltételt, hogy a tömegközéppont függőlegesen lefelé mutató gyorsulását egyenlővé tesszük a sarokpont forgása miatti centripetális gyorsulása és a sarokpont szöggyorsulásából adódó érintőleges gyorsulása függőleges összetevőinek az összegével: 1 1 d d d atkp ay acp aé. OKTV 1/14. forduló

Az ábra a TKP gyorsulását, a sarokpont centripetális, és a sarokpont érintőleges gyorsulását mutatja. Mivel ilyenkor a sarokpont hátracsúszik, ennek a pontnak az eredő gyorsulása vízszintes. A TKP gyorsulását a mozgásegyenletből írhatjuk fel: Ky atkp ay g. m Kihasználhatjuk még, hogy közvetlenül a pillanatnyi ütközés után a kocka szögsebességére még mindig alkalmazható az v 4d összefüggés. A szöggyorsulást, a gyorsulást és a szögsebességet a kényszerfeltételt kifejező egyenletbe beírva kapjuk, hogy Ky d d 9v K y g, m 16d md amiből a függőleges kényszererőt kifejezhetjük: m 9v Ky g. 5 16d A kényszererő csak pozitív lehet (felfelé mutathat), tehát a zárójelben lévő kifejezés nem lehet negatív. Ha negatívvá válik, akkor a kényszerfeltétel nem tartható, a kocka hátralökődő éle nem maradhat a felületen, hanem ilyenkor a kocka felugrik. Ennek feltétele: 9v 4 g gd gd. 16d v 9 A felugrást követően természetesen a TKP gyorsulása egyenlő lesz a g nehézségi gyorsulással, és a kocka szögsebessége állandó marad (a szöggyorsulás nulla lesz). A kocka tömegközéppontja ferde hajítással mozog (alatta maradva az előző két esetben leírt pályáknak). Megjegyzés: Láthatóan teljesül, hogy v1 v v. OKTV 1/14 4. forduló

.) Hosszas kísérletezés után Mekk mesternek sikerült megalkotnia a durranógáz rakétakilövőt. Hosszú, függőleges, alul zárt, erős csőbe, melyet felülről súlyos, 5 kg tömegű dugattyú, vagyis a rakéta zárt le, hidrogén és oxigén gáz előmelegített keverékét zárta, mégpedig mól hidrogént és 1 mól oxigént. Az 5 dm keresztmetszetű cső alján a gázkeverék kezdeti térfogata 75 liter volt, a külső légnyomás 1 5 Pa. A gázkeveréket beépített elektromos szerkezettel gyújtotta meg. A gázkeverék égése nem pillanatszerű robbanásként következett be, mert a geometriai viszonyok olyanok voltak, hogy a gyújtás pillanatától kezdve a gáz úgy tágult, hogy a nyomása mindvégig állandó maradt, mégpedig a kezdeti érték háromszorosa. A teljes gázkeverék égése éppen akkor fejeződött be, amikor a dugattyú elhagyta a hengert. A kémiai reakcióban felszabaduló hő 49 kj volt, amiből 17 kj hő a cső falát melegítette. Ugyancsak veszteséget jelentett az is, hogy a begyújtást követően a mozgó dugattyúra súrlódási fékező erő hatott, amelynek nagysága megegyezett a dugattyú súlyával. (A gázkeverék begyújtása előtt a dugattyú súrlódása elhanyagolható volt, csak a durranógáz begyújtásakor bekövetkező hőtágulás váltotta ki a súrlódást.) a) Milyen hosszú csőből építette meg Mekk mester a rakétakilövőjét? b) Mekkora sebességgel hagyta el a csövet a kilőtt dugattyú? c) Mekkora a gáz hőmérséklete abban a pillanatban, amikor kiszabadul a csőből? Útmutatás: A hidrogén és az oxigén molekulák szabadsági foka 5, a vízgőz molekulákét tekintsük 6-nak. Megoldás: a), b) Az égéskor keletkező hő adja a cső falának a meleget, felgyorsítja a dugattyút, emeli a gáz belső energiáját, a dugattyút a kilövőcső tetejéig emeli, munkát végez a külső légnyomással szemben, valamint fedezi a súrlódási veszteséget: 1 Q Qveszt mv E mgh pv Fsúrl h. Mivel a súrlódási erő a dugattyú súlyával egyezik meg, így Fsúrl h mgh. A külső légnyomással szembeni munka így írható: pv p Ah. A gáz belső energia változása pedig így írható fel: E 6 pv 5 pv 1 6 p1 Ah h 5 p1 Ah 9p1 Ah 6,5 p1 Ah. Az egyenlet felírásakor figyelembe vettük, hogy a keletkező vízgőz molekuláinak szabadsági foka 6, míg a reakciótermékeké csak 5. Meghatározhatjuk továbbá a bezárt gáz kezdeti magasságát: h V 1,5 m. A Ugyancsak kiszámíthatjuk a kezdeti nyomást: mg 5 p1 p 1,1 1 Pa, A valamint a kilövés közbeni nyomást is: 5 p p, 1 Pa. 1 Ha mindezeket beírjuk a fenti egyenletbe, akkor már csak két ismeretlenünk marad: v és h, tehát még egy egyenletre van szükségünk. Felírhatjuk a dugattyúra a mozgásegyenletet: v F p p A mg p1 p A mg ma m. h OKTV 1/14 5. forduló

Az eredő erő: 1 p p A mg 15 N. Az egyenletek megoldása (a numerikus értékek korai behelyettesítésével gyorsan megkapható): h = 4,5 m és v = 44 m/s. Az egyenletek paraméteres megoldása a következő: Q Q 6,5 p Ah h 1 pa veszt 1 1 4,5 m, (6p1 p) A 4mg h m v 44. m s c) A végső hőmérséklet így kaphatjuk meg: 5 pv, 1 Pa,m T 6 K. nr J mol 8,14 mol K (A hőmérséklet kiszámításakor kihasználtuk, hogy mol hidrogén és 1 mol oxigén reakciójából mol vízgőz keletkezik.) Megállapíthatjuk tehát, hogy Mekk mester kilövője h + h = 6 m hosszú volt..) l,4 m hosszúságú rézdrótból négyzet alakú merev keretet hajlítunk. A keret az egyik éle, mint vízszintes tengely körül súrlódásmentesen elfordulhat. A keretet kis szögben kitérítjük, majd magára hagyjuk. a) Határozzuk meg a kialakuló lengés periódusidejét! b) Határozzuk meg a kialakuló lengés periódusidejét, ha jelen van egy függőleges irányú, B, 1 T indukciójú homogén mágneses tér! Tekintsünk el a légellenállástól, az önindukciótól, továbbá a Föld mágneses terének hatásától. Útmutatás: Ha egy D direkciós erejű rugón rezgő m tömegű tömegpontra a rugóerőn kívül egy sebességgel arányos k v nagyságú fékező erő is hat, a kialakuló csillapodó rezgés körfrekvenciája ω D k m m Adatok: A réz fajlagos ellenállása, amennyiben a ρ D m * k feltétel teljesül. m 1,68 1 mm /m, sűrűsége ρ 896 kg / m. OKTV 1/14 6. forduló

Megoldás. a) Fizikai ingáról van szó, melynek tehetetlenségi nyomatéka a forgástengelyre l vonatkoztatva ( a ): 4 1 m m 5 Θ a a ma (1) 4 4 1 A TKP távolsága a forgástengelytől: a stkp () Az (1) és () összefüggést figyelembe véve T 5a 5l,57 s adódik. () mgs 6g 6g TKP b) A megoldás alapja a mozgásegyenletbeli analógia. Ha a csillapított rezgőmozgás mozgásegyenlete D k x a m v m (4) a kialakuló rezgés körfrekvenciája D k ω. (5) m m Analóg egyenletet várunk származtatni a keret mozgására, amely D k Ω β Θ Θ (6) alakú. ( a pillanatnyi szögkitérés a függőlegestől mérve, Ω a pillanatnyi szögsebesség, β a szöggyorsulás.) A (4) és (6) mozgásegyenletek szerkezetbeli hasonlóságának felismeréséhez észre kell venni a haladómozgás x, v, a kinematikai jellemzői és a forgómozgás, Ω, β kinematikai jellemzői közti analógiát. Ez alapján a (6) típusú mozgás körfrekvenciája ω D Θ * k Θ. (7) OKTV 1/14 7. forduló

Tekintsük a fenti ábrán illusztrált állapotot, amikor a keret az egyensúlyi helyzettől távolodik! Ne feledjük, hogy a szögamplitúdó kicsi! Könnyű belátni, hogy az indukált feszültség nagysága az U Blv mozgási indukciós képlet alapján (esetünkben l = a) U Bav Bav cos Ba a cos cos, ugyanis csak a vízszintesen lengő szárban keletkezik indukált feszültség, és annak a pillanatnyi sebessége a körmozgás a sugarának és az szögsebességnek a szorzata: v = a.. Mivel azonban a szögkitérés igen kicsi, cos 1-nek vehető, ezért a pillanatnyi áramerősség U B Ω a I. (8) R R Az F Lorentz erő: Ba F IaB. R (9) A Lorentz erő nyomatéka (a kis szögkitérés miatt): 4 Ba M L Fa. R (1) A forgómozgás alapegyenlete (sin közelítés felhasználásával): m a 4 1 m B a m m g ga a a, (11) 4 4 R 4 4 azaz 6 g 1B a. (1) 5 a 5mR (1)-ben figyelembe véve, hogy m ρ4aa, (1) ahol A a drót keresztmetszete, illetve * 4a R ρ, (14) A és felismerve, hogy a (1) egyenlet (6)-os alakú (7) alapján a körfrekvenciára, és a periódusidőre kapjuk (A kiesik az mr szorzatból, ezért nem kellett megadni): 4 * 6 g 9B * 5 a (15) 16 OKTV 1/14 8. forduló

adódik. T *,64 s (16) * 4 4 6 g 9B 6 g 9B 5 a 16 5 64 * * l Megjegyzés. Az a) feladat eredményét megkaphatjuk úgy is, mint a b) feladat speciális esetét B = -ra. (A numerikus számolásoknál g = 1 m/s -et használtunk.) OKTV 1/14 9. forduló

Értékelési útmutató A megoldásban vázoltaktól eltérő számításokra, amelyek elvileg helyesek és helyes végeredményre vezetnek az alkérdésekre adható teljes pontszám jár. 1. feladat a) A perdület-megmaradás felismerése: pont A perdület-megmaradás helyes felírása: Az energia-megmaradás felírása: A számítások elvégzése: A kérdéses sebesség felismerése: b) A dinamikai egyenletek felírása: pont A gyorsulások komponenseinek felírása: pont A számítások elvégzése: pont A kérdéses sebesség felismerése: c) A dinamikai egyenletek felírása: pont A kényszerfeltétel felírása: pont A számítások elvégzése: pont A kérdéses sebesség felismerése: Összesen: pont. feladat Az energiaegyenlet helyes felírása: 8 pont A mozgásegyenlet helyes felírása: 4 pont A számítások elvégzése: 5 pont A három numerikus végeredmény helyes kiszámítása: pont Összesen: pont. feladat a) Annak felismerése, hogy fizikai ingáról van szó A tehetetlenségi nyomaték megállapítása A lengésidő összefüggésének alkalmazása Végeredmény helyes megadása b) Annak észrevétele, hogy a Lorentz-erő befolyásolja a mozgást A (8) egyenlet felírása pont A Lorenz-erő megadása (9) A Lorenz erő forgatónyomatéka (1) A kis kitérés közelítések alkalmazása pont A mozgásegyenlet származtatása (11) pont Az analógia felismerése (kinematikai változók, mozgásegyenletek) (1) pont A tömegre vonatkozó összefüggés (1) Az ellenállásra vonatkozó összefüggés (14) A körfrekvencia meghatározása (15) A periódusidő kiszámolása (16) Összesen pont OKTV 1/14 1. forduló