Bevezető fizika. k villamosmérnököknek. Kidolgozott példák gyűjteménye. Nagyfalusi Balázs Vida György József. U = 24 V a) t n

Hasonló dokumentumok
Bevezető fizika (vill), 4. feladatsor Munka, energia, teljesítmény

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

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

Bevezető fizika informatikusoknak

Feladatok a zárthelyi előtt

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

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

1. Kinematika feladatok

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

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

Az egyenes vonalú egyenletes mozgás

Fizika 1 Mechanika órai feladatok megoldása 3. hét

körsugár kapcsolata: 4 s R 8 m. Az egyenletből a B test pályakörének sugara:

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

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

Mechanika. Kinematika

Munka, energia Munkatétel, a mechanikai energia megmaradása

2.3 Newton törvények, mozgás lejtőn, pontrendszerek

Fizika feladatok - 2. gyakorlat

1. Feladatok munkavégzés és konzervatív erőterek tárgyköréből. Munkatétel

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

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

1. ábra. 24B-19 feladat

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.

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

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

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

2012 február 7. (EZ CSAK A VERSENY UTÁN LEGYEN LETÖLTHETŐ!!!)

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

Mérések állítható hajlásszögű lejtőn

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

A 2010/2011. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának. feladatai és megoldásai fizikából. II.

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

Fizika 1i, 2018 őszi félév, 4. gyakorlat

M13/II. javítási-értékelési útmutatója. Fizika II. kategóriában. A 2006/2007. tanévi. Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny

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

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

KÖRMOZGÁS, REZGŐMOZGÁS, FORGÓMOZGÁS

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

35. Mikola Sándor Országos Tehetségkutató Fizikaverseny. III. forduló május 1. Gyöngyös, 9. évfolyam. Szakközépiskola

Komplex természettudomány 3.

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

Newton törvények, erők

Mechanikai munka, energia, teljesítmény (Vázlat)

A testek mozgása. Név:... osztály:...

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

Oktatási Hivatal. A 2007/2008. tanévi. Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny. első (iskolai) fordulójának. javítási-értékelési útmutatója

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

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.

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

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

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

rnök k informatikusoknak 1. FBNxE-1 Klasszikus mechanika

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

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

1. Feladatok merev testek fizikájának tárgyköréből

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

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

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

Harmonikus rezgőmozgás

Szakács Jenő Megyei Fizika Verseny, I. forduló, 2003/2004. Megoldások 1/9., t L = 9,86 s. = 104,46 m.

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

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

Fizika példák a döntőben

Fizika I. Dr. Gugolya Zoltán egyetemi adjunktus. Pannon Egyetem Fizika Intézet N. ép. II. em szoba

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

Fizika alapok. Az előadás témája

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

Bor Pál Fizikaverseny 2016/17. tanév DÖNTŐ április évfolyam. Versenyző neve:...

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

Hatvani István fizikaverseny Döntő. 1. kategória

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

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

Irányításelmélet és technika I.

Fizika minta feladatsor

Kinematika szeptember Vonatkoztatási rendszerek, koordinátarendszerek

Gimnázium 9. évfolyam

Néhány mozgás kvantummechanikai tárgyalása

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

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

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

5. Körmozgás. Alapfeladatok

Newton törvények, lendület, sűrűség

Bevezető fizika (infó), 8. feladatsor Egyenáram, egyenáramú áramkörök 2.

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

10. Koordinátageometria

Fizika feladatok október 19.

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

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

A statika és dinamika alapjai 11,0

A rezgések dinamikai vizsgálata, a rezgések kialakulásának feltételei

Mérnöki alapok 2. előadás

Mechanika - Versenyfeladatok

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

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Fizika előkészítő feladatok Dér-Radnai-Soós: Fizikai Feladatok I.-II. kötetek (Holnap Kiadó) 1. hét Mechanika: Kinematika Megoldandó feladatok: I.

Szakács Jenő Megyei Fizika Verseny, I. forduló november 14.

Átírás:

Fs F g Fr 3 g Fr Fs g Bevezető fizika k villaosérnököknek F Utolsó ódosítás 05. február 3. :5 α Fsúrl K l Nagyfalusi Balázs Vida György József g h g + + + + + + Q + + + + + + R3 0 Ω A R Ω 0 R 30 Ω É D D É U 4 V a) b) D É c) α α S0 k β t n BME Fizikai Intézet 05 K g Kidolgozott példák gyűjteénye x K K Fs g y F S f

Előszó A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudoányi Egyeteen a frissen felvett érnökhallgatók körében az utóbbi években egnövekedett az igény a középiskolai fizika összefoglalására, átisétlésére az egyetei tanulányok kezdetén. Így született eg a Bevezető fizika nevű tárgya, aelynek anyaga ár állandósult az évek folyaán. A szerzők az idei őszi félév során úgy döntöttek, hogy az órákhoz készített jegyzeteiknek elkészítik az elektronikus változatát is a félév során. Ezek hétről hétre kikerültek a hallgatósághoz, azonban így a félév végén úgy döntöttünk, hogy egységes forába öntjük a részeket, és így született eg ez a ű. erészetesen előfordulhatnak benne ég hibák (sőt inden bizonnyal vannak ég benne), és ég egy-két helyen bővítésre szorul, de azért hasznos olvasány lehet a tárgy hallgatói és persze inden érdeklődő száára. Budapest, 05. január Nagyfalusi Balázs és Vida György József

Bevezető fizika (Vill),. feladatsor Kineatika. A ai órához szükséges eléleti anyag: Alapfogalak (út, sebesség, gyorsulás egyenes vonalú ozgásoknál) Az egyenes vonalú egyenletes ozgás Az egyenes vonalú egyenletesen változó ozgás Mozgások függetlenségének elve szabadesés, hajítások a következő gyakorlat első felében! Órai feladatok: (ha lehet hallgatók oldják eg a feladatokat táblánál) I/.6. feladat: Két helyiség között a kocsik átlagsebessége az egyik irányban v 40 k/h, a ásik irányban v 60 k/h. Mekkora az átlagsebesség egy teljes fordulót figyelebe véve? Az átlagsebesség az teljes egtett út és az ehhez szükséges idő hányadosa. Legyen s a távolság a két település között. Ekkor a teljes egtett út s. Az odaút és a visszaút időtartaa: vagyis az átlagsebesség: v s t t s v t s v, s t + t s s v + s v v +. v I/.39. feladat: Egy test sebessége ost v 0 /s, t 00 ásodperccel ezelőtt v 0 /s volt. Mennyi volt a test átlagos gyorsulása? Az átlaggyorsulás az adott idő alatt történt sebességváltozás és az ehhez szükséges idő hányadosa: a v t v v t 0 s 0 s 00 s 0,4 s. I/.9. feladat: Egy gépkocsi sebességét v 54 k/h-ról v 90 k/h-ra növelte állandó a,6 /s gyorsulással. Mennyi ideig tartott ez, és ekkora utat tett eg a gépkocsi ezalatt? Állandó gyorsulás esetén a sebesség egváltozása egyenlő a indenkori gyorsulással, vagyis: a v t t v a v v a 36 000 3600 s,6 s 6,5 s. 90 k h 54 k h,6 s Az ezalatt egtett utat a négyzetes úttörvénnyel száolhatjuk x(t) a t + v 0 t + x 0, ahol a a kocsi gyorsulása, v 0 a kezdeti időpontban a sebessége, vagyis 54 k h, és x 0 annak kezdeti pozíciója. Ez utóbbi legyen nulla, hiszen onnan kezdjük el érni a egtett utat a gyorsítás végéig: x(t),6 s (6,5 s) + 54 k h 6,5 s 5. I/.0. feladat: a /s gyorsulással induló gépkocsi elérve a v v 6 /s sebességet egyenletesen ozog tovább. Milyen essze jut az indulástól száított 8 ásodperc alatt? Először száoljuk ki, hogy ennyi időre van szüksége az autónak, hogy elérje a v v sebességet. Mivel a gyorsulás egyenletes, így a v v t t v v a 6 s s 3 s. 3

Bevezető fizika (Vill),. feladatsor Kineatika. egoldások Ez alatt az autó s a t s (3 s) 9 távolságot tesz eg. A hátralévő t 8 s 3 s 5 s idő alatt az autó egyenletes ozgást végez. Az ezalatt egtett út: s v v t 6 s 5 s 30. Vagyis a teljes egtett távolság s 39. I/.. feladat: Egy gépkocsi a,8 /s állandó gyorsulással indul, ajd egyenletesen halad tovább, és t 5 ásodperc alatt s 9,4 éter esszire jut. Határozzuk eg a gyorsulás időtartaát! Gyorsítson az autó t ideig. Mivel az autó álló helyzetből indul, így az ezalatt egtett távolság: s a t. Ez idő alatt az autó v v a t sebességre tett szert. Az idő hátralevő részében ekkora sebességgel halad egyenletesen, és s v v t a t (t t ) távot tesz eg. Összefoglalva s s + s a t + a t (t t ) a t + a t t 0 a t at t + s 0,4 s t 4 s t + 9,4 ( t ), 4 s ± { 7 s 3 s (4 ) s 4,4 9,4 s,4 s. A két egoldás közül csak a t 3 s az érteles, hiszen a teljes időtarta 5 s. I/.9. feladat: Az esőcseppek függőleges irányban esnek v eső 6 /s sebességgel. Az esőcseppek nyoai a vonatablakon a vízszintessel α 30 -os szöget bezáró csíkok. Milyen gyorsan egy a vonat? A vonatablakon lévő csíkok az esőcseppek látszólagos sebességvektorával egy irányba utatnak. Az esőcseppek függőleges sebességvektora, illetve a vonat vízszintes sebességvektora egy derékszögű hároszöget határoz eg, ahol a hároszög átfogójának hossza egegyezik a cseppek látszólagos, a vízszintessel 30 -os szöget bezáró sebességvektorának hosszával. A hároszögben a egfelelő szögfüggvényt felírva: tg α v eső v vonat v vonat v eső tg α 6 s tg 30 0,39 s. I/.33. feladat: A folyó szélessége d 00, sebessége v f 3,6 k/h. Hol köt ki a túlsó parton az átkelő csónak, ha a vízhez viszonyított sebességének nagysága v cs 3 /s, iránya a víz folyásának irányára erőleges? A csónak t d v cs 00 3 00 3 s alatt ér át a ásik s partra. Eközben a folyó d v f t 3,6 k h 00 3 s s 00 3 s 66,7 viszi le a csónakot a folyásirányba. ehát a csónak ennyivel lejjebb fog kikötni a túloldalon. I/.37. feladat: v v 7 k/h sebességgel haladó vonaton egy utas a vonat ozgásával ellentétes irányban elindul a vonathoz viszonyított a e 0,8 /s gyorsulással. Háro ásodperc alatt ekkora a pályatesthez viszonyított elozdulása? A pályatesthez viszonyítva az eber egyenletesen gyorsuló ozgást végez. A négyzetes úttörvényt használva: s a e t + v v t 0,8 s 56,4. (3 s) + 7 000 3600 s 3 s I/.5. feladat: Határozzuk eg a v 0 0 /s kezdősebességgel α 30 -os szögben kilőtt test helyzetét a kilövés után 3 ásodperccel! A test vízszintes irányban egyenletes ozgást végez: x(t) v 0x t + x 0, ahol v 0x a kezdősebesség vízszintes koponense: v 0x v 0 cos α. Az x 0 a t 0 pillanatban a test helye. Helyezzük a koordináta-rendszerünket oda, ahonnan elhajítjuk a testet, így x(t 0) 0, vagyis x 0 0. 4

Függőleges irányban a test egyenletesen gyorsuló ozgást végez. Az y tengely felfelé utat, így a gyorsulás negatív: Bevezető fizika (Vill),. feladatsor Kineatika. y(t) g t + v 0y t + y 0, ahol v 0y a függőleges kezdősebesség: v 0y v 0 sin α, illetve az előzőekhez hasonlóan y 0 itt is nulla. A ozgást leíró két egyenlet tehát: A t 3 s-ban: x(t) v 0 cos α t y(t) g t + v 0 sin α t. x(3 s) 0 s cos 30 3 s 3,77 y(3 s) 0 s (3 s) + 0 s sin 30 3 s 35. I/.4. feladat: h 00 éter agasságban v 0 360 k/h sebességgel haladó repülőgépről a cél előtt ilyen távolságban kellene kioldani a segélycsoagot ahhoz, hogy a célba csapódjék, ha ne lenne légellenállás? Mekkora lenne a segélycsoag sebessége a becsapódás pillanatában? Függőlegesen a csoag egyenletes gyorsulással ozog, vagyis a agassága az idő függvényében: z(t) g t + h. idő alatt ez a agasság nullára csökken: 0 g h + h 6,3 s. g A csoag vízszintes kezdősebessége egegyezik a repülő sebességével, és ez a csoag ozgása során ne is változik. Eiatt, ha idő alatt ér földet a csoag, akkor az vízszintesen s v 0 távolságot tesz eg. Ez alapján 0 g s hv0 + h s 63,45. g v 0 A függőlegesen szerzett sebessége: v y g 63, /s, vízszintesen pedig aradt v x v 0. Az eredő sebesség nagysága: v vx + vy 8,3 /s. Otthoni gyakorlásra: DRS példatár. kötet.0,.,.3,.30,.3,.4, B, F A feladatok forrása Dér Radnai Soós Fizikai feladatok. 5

Bevezető fizika (vill),. feladatsor Kineatika. és Dinaika. A ai órához szükséges eléleti anyag: Röviden beszéljük eg az otthoni felkészülés során felerült kérdéseket. szabadesés, hajítások (kb. 0 perc) Az erő, az erők összegezése; Newton törvényei; testek egyensúlya; töeg, nehézségi erő, súly, súlytalanság. súrlódás Példák órai gyakorlásra: II/.3. feladat: A talaj fölött h 0 30 éter agasságból v 0 0 /s kezdősebességgel kavicsot dobunk függőlegesen fölfelé. Mekkora a kavics sebessége, elozdulása és a egtett út t s, t 3 s; t 3 5 s úlva. A kavics útja a következő. Először felfelé egy, eléri a axiális agasságot, ajd elindul lefelé és eléri a talajt. Ez két nevezetes időpontot jelent, egyet a csúcson (t fel ), és az út végén (t össz ). t fel eghatározható a kezdeti sebességtől, és a lassulásból: t fel v 0 g 0 /s 0 /s s. Ez alapján az első időpontban ég eelkedett. A sebessége v v 0 gt 0 /s 0 /s s 0 /s. A egtett út s v 0 t g t 0 /s s 5, 0 /s ( s) és végig azonos irányban haladt, így az elozdulás egegyezik az úttal. A axiális agasság: s fel v 0 t fel g t 0 /s s 0, 0 /s ( s) tehát összesen H h 0 + s fel 50 agasra jutott, ahonnan a leeséshez szükséges idő eghatározható a H g t le összefüggésből: t le H g 0 s > 3 s, azaz az ötödik ásodpercben ég repülni fog. ehát ásodpercig eelkedett, így t -ig ég -et zuhant. A egtett út: s g s (t t fel ) 0 /s (3 s s) 5, összesen s s fel + s 5. Az elozdulás r s fel s 5. A sebessége ekkor v g(t t fel ) 0 /s, ahol figyelebe vettük, hogy a pozitív irány függőlegesen felfelé választottuk. t 3 időpillanatig t 3 t fel -t zuhan. A keresett értékek: s 3 g s (t 3 t fel ) 0 /s (5 s s) 45, összesen s 3 s fel + s 3 65. Az elozdulás r s fel s 3 5. A sebessége ekkor v 3 g(t 3 t fel ) 30 /s. II/A. feladat: Egy követ függőlegesen felfelé, egy ásik követ függőlegesen lefelé hajítunk v 0 /s sebességgel, ugyanabban a pillanatban, Mennyi idő úlva lesznek egyástól x 60 éter távolságban? Írjuk fel a két egtett utat a kívülről nézve: x fel v 0 t g t, x le v 0 t + g t. Összegük (aely pont a távolságnak felel eg): x x fel + x le v 0 t, így az eltelt idő: t x v 0,5 s. 6

II/.5. feladat: Határozzuk eg a v 0 0 /s kezdősebességgel α 30 -os szögben kilőtt test helyzetét a kilövés után 3 ásodperccel! A test vízszintes irányban egyenletes ozgást végez: x(t) v 0x t + x 0, ahol v 0x a kezdősebesség vízszintes koponense: v 0x v 0 cos α. Az x 0 a t 0 pillanatban a test helye. Helyezzük a koordináta-rendszerünket oda, ahonnan elhajítjuk a testet, így x(t 0) 0, vagyis x 0 0. Függőleges irányban a test egyenletesen gyorsuló ozgást végez. Az y tengely felfelé utat, így a gyorsulás negatív: y(t) g t + v 0y t + y 0, ahol v 0y a függőleges kezdősebesség: v 0y v 0 sin α, illetve az előzőekhez hasonlóan y 0 itt is nulla. A ozgást leíró két egyenlet tehát: A t 3 s-ban: x(t) v 0 cos α t y(t) g t + v 0 sin α t. x(3 s) 0 s cos 30 3 s 3,77 y(3 s) 0 s (3 s) + 0 s sin 30 3 s 35. II/.4. feladat: h 00 éter agasságban v 0 360 k/h sebességgel haladó repülőgépről a cél előtt ilyen távolságban kellene kioldani a segélycsoagot ahhoz, hogy a célba csapódjék, ha ne lenne légellenállás? Mekkora lenne a segélycsoag sebessége a becsapódás pillanatában? Függőlegesen a csoag egyenletes gyorsulással ozog, vagyis a agassága az idő függvényében: z(t) g t + h. idő alatt ez a agasság nullára csökken: 0 g h + h 6,3 s. g A csoag vízszintes kezdősebessége egegyezik a repülő sebességével, és ez a csoag ozgása során Bevezető fizika (vill),. feladatsor Kineatika. és Dinaika. egoldások ne is változik. Eiatt, ha idő alatt ér földet a csoag, akkor az vízszintesen s v 0 távolságot tesz eg. Ez alapján 0 g s v0 + h s hv 0 g 63,45. A függőlegesen szerzett sebessége: v y g 63, /s, vízszintesen pedig aradt v x v 0. Az eredő sebesség nagysága: v v x + v y 8,3 /s. II/.4. feladat: Milyen erő hat az eldobott kőre? Mekkora a gyorsulása? Nehézségi erő, közegellenállás. F a. II/.3. feladat: A v 0 9 /s sebességgel elütött korong a jégen s 36 út egtétele után áll eg. Mekkora a súrlódási együttható a korong és a jég között? A korong egyenletesen lassult, átlagsebessége v átl v 0 4,5 /s. Ez alapján a egállásig eltelt idő A gyorsulása t a v v 0 t s v átl 36 4,5 /s 8 s. 0 /s 9 /s 8 s 9 8 /s. Newton szerint a F súrl µf nyoó µg, azaz µ a g 9/8 0 0,5. II/.4. feladat: Milyen erők hatnak egy vízszintes lapon és egy lejtőn nyugvó testre? (Készítsen ábrát!) 0 kg töegű testet a vízszintessel α 30 - os szöget bezáró F 0 N erővel húzunk. Mekkora a test gyorsulása, ha a csúszási súrlódási tényező értéke µ 0,? 7

Bevezető fizika (vill),. feladatsor Kineatika. és Dinaika. egoldások y x K g α F F súrl g A Newton-törvények, figyelebe véve, hogy függőlegesen ne ozdulunk el: x : y : a F cos α F súrl 0 F sin α g + K A ásodik alapján a kényszererő nagysága: K g F sin α 0 kg 0 /s 0 N sin 30 90 N, aelyet ár behelyettesíthetünk az elsőbe, hiszen F súrl µk, és a gyorsulásra azt kapjuk, hogy a (F cos α µk) 0 kg (0 N cos 30 0, 90 N) 0,83 /s. II/.. feladat: h 0 agas, α 60 -os lejtő tetejéről csúszik le egy test. Mekkora sebességgel és ennyi idő alatt ér le a lejtő aljára, ha a) a lejtő súrlódásentes, b) a lejtő és a test közötti súrlódási együttható µ 0,5? F s g h K g K a) Írjuk fel a Newton-törvényt a lejtőről lecsúszó testre, a lejtővel párhuzaos és arra erőleges irányban: a g g sin α a K g K g cos α, Mivel a test a lejtőn csúszik, így arra erőlegesen nincsen elozdulás, azaz a 0. Az előző egyenletből adódik, hogy test gyorsulása a lejtő entén a g sin α. A lejtő hossza s s a h sin α, így a lecsúszás ideje: h sin α a sin α h 0 g sin α 0 sin 60 s,63 s, illetve a test sebessége a lejtő alján: v vég a g sin α 0 s sin 60,63 s 4,4 s. b) Ha van súrlódás a lejtőn, akkor a Newtonegyenletek kiegészülnek: a g F s g sin α µk a K g K g cos α, ahol a ásodik egyenletből kifejezhető K, 0 K g cos α K g cos α, ajd az elsőbe helyettesíthető: a g ( sin α µ cos α ). A lecsúszás ideje: h g ( sin α µ cos α ) sin α 0 0 ( s sin 60 0,5 cos 60 ) sin 60,94 s, illetve a test sebessége a lejtő alján: g α v vég a g ( sin α µ cos α ) 0 s ( sin 60 0,5 cos 60 ),94 s,93 s. 8

Bevezető fizika (vill),. feladatsor Kineatika. és Dinaika. II/.. feladat: g 50 N súlyú tégla alakú testet satuba fogunk. A satupofák F ny 50 N nagyságú vízszintes erővel nyoják a testet. Az érintkező felületek között µ 0,5 a súrlódási tényező. Mekkora erővel lehet a testet felfelé kihúzni? F II/.3. feladat: Egy α 30 hajlásszögű lejtőre fel akarunk húzni egy F súly 400N súlyú testet. Mekkora erőt kell alkalazni, a) ha a lejtővel párhuzaos irányba húzzuk? b) ha vízszintes irányba húzzuk? A súrlódás elhanyagolható. F F ny F ny F h h F súrl F súrl α α g A tapadási súrlódás axiális értéke F ax tap µf ny 0,5 50 N 75 N. Két satuval ez 50 N erőt jelent. Ezen felül ég ott van a tégla súlya, tehát a háro erő összegét kell az F erőnek ellensúlyoznia. Így a kapott eredény az, hogy F F ax tap Otthoni gyakorlásra: + g 00 N II/.9. feladat: Az esőcseppek függőleges irányban esnek v eső 6 /s sebességgel. Az esőcseppek nyoai a vonatablakon a vízszintessel α 30 -os szöget bezáró csíkok. Milyen gyorsan egy a vonat? II/.8. feladat: 0 agas ház tetejéről /s kezdősebességgel ferdén felfelé elhajítunk egy testet. A vízszintessel bezárt szög 30. Mennyi idő úlva és a háztól ekkora távolságban ér földet, ha a közegellenállástól eltekintünk? (g 0 /s ) II/?. feladat: Egy testet 5 N állandó erővel tudunk egyenletesen felfelé húzni egy α 30 hajlásszögű lejtőn. Ugyanezen a lejtőn lefelé szabadon csúszva a test 5 /s sebességről 5 hosszú úton áll eg. Mekkora a test töege? Mekkora a súrlódási tényező? II/.7. feladat: Mekkora az eelődaru kötelében fellépő húzóerő egy 00 kg töegű gépalkatrész süllyesztésekor, illetőleg eelésekor, ha a gyorsulás nagysága inden esetben /s. A kötél és a végén levő horogszerkezet súlya elhanyagolható. II/.6. feladat: Egy test kelet felé ozog és nyugat felé gyorsul. Lehetséges ez? Milyen irányú az erő? A feladatok forrása Dér Radnai Soós Fizikai feladatok. II/.50. feladat: A gravitációs gyorsulás értéke a Holdon a földi érték egyhatod része. A; Hányszor agasabbra, B; hányszor esszebbre száll az azonos kezdősebességgel ferdén elhajított kő a Holdon, int a Földön? C; Mennyi ideig repül a Holdon a földi repülési időhöz képest? 9

Bevezető fizika (vill), 3. feladatsor Dinaika. és Statika A ai órához szükséges eléleti anyag: ipulzus, ipulzusegaradás egyensúly és feltétele forgatónyoaték A kifejezett töeg: v + v v v 300 kg. 0,6 /s + 0,4 /s 60 kg 0,6 /s 0,4 /s Példák órai gyakorlásra: III/.5. feladat: F 50 N nagyságú erő hat egy testre t 0 s-ig. A test erő irányú sebessége közben v 5 /s-al növekszik. Mekkora a test töege? A feladatot az ipulzustétel segítségével oldjuk eg. Az ipulzustétel: Ft p v. Az erő és sebesség egy egyenesbe esik, így a vektor jelzés elhagyása, és átrendezés után a test töege: F t v 50 N 0 s 5 /s 00 kg. III/3.9. feladat: Állóvízben két csónak halad egyás felé. A vízhez viszonyított sebessége indkét csónaknak ugyanakkora, v 0,6 /s. Aikor egyás ellé érnek, az egyikről a ásikra 60 kg töegű testet tesznek át. Ezután a ásik csónak az eredeti irányában v 0,4 /s sebességgel halad tovább. Mekkora ennek a ásodik csónaknak a töege? (A víz ellenállását elhanyagoljuk.) III/3.4. feladat: A 0 g töegű, v 40 c/s sebességű és a 80 g töegű, v 00 c/s sebességű két test egyással szebe ozog egy egyenes entén. eljesen rugalatlan ütközés után ekkora és ilyen irányú sebességgel ozognak tovább? Jelöljük ki a pozitív irányt úgy, hogy az első test ozgásával egegyező legyen. Az ütközés előtt az összipulzus: utána: p v + v, p ( + )v, és persze tudjuk, hogy a kettőnek eg kell egyeznie. Ezért a sebesség: Legyen az első iránya pozitív, a ásodiké negatív, és legyen az átadás olyan, hogy közben ne változik eg az az első csoag sebessége (pl. oldalra adja át csoagot). Azaz v v ( )v ( + )v v v + v + 0, kg 0,4 /s + 0,08 kg ( /s) 0, kg + 0,8 kg 0,6 /s. v v v + v (v + v ) (v v ) A sebesség előjele alapján a ásodik test sebességének irányában ozognak együttesen. 0

Bevezető fizika (vill), 3. feladatsor Dinaika. és Statika egoldások III/3.3. feladat: A 0 kg töegű lövedék a vízszintessel α 30 -os szöget bezáró irányban v 0 40 /s sebességgel hagyja el az ágyú torkolatát. Pályájának legagasabb pontján a lövedék két részre robban szét. Az egyik, egy 4 kg-os darab, éppen a robbanás helye alatt, függőlegesen zuhan a földre. A ásik, 6 kg-os darab sebességének iránya robbanás közben ne változik eg. Hol csapódna be ez a ásik darab, ha ne lenne légellenállás? (g 0 /s ) v 0 III/3.. feladat: Vízszintes irányú, F 8 N nagyságú erővel hatunk az kg töegű testre, aely egy fonállal az 3 kg töegű testhez van kötve az ábrán látható elrendezésben. Mekkora erő feszíti a fonalat, ha a fonál töegétől és a súrlódástól eltekintünk? K K F A kiinduló sebesség koponensei: v 0x v 0 sin α, v 0y v 0 cos α. A kezdeti y irányú sebességgel a legagasabb pontig t idő alatt juthatunk el, aely kiszáolható a gyorsulásból: t v 0y g v 0 cos α. g A robbanásra felírhatjuk az ipulzusegaradást. Előtte volt egy p x v 0x ipulzusú testünk, íg utána csak a -es ozgott vízszintesen, azaz p x 0 + v x. A egaradás iatt: v 0x v x v x v 0x v 0 sin α. A robbanás után a test 0 y irányú sebességgel indul lefelé, és a leékezéshez szükséges idő ugyanakkora, int lentről a tetejéig (gyorsulás, távolság, kezdősebesség egegyezik, ezért az idő is!), azaz t le t. A egtett út vízszintesen összefoglalva: s v xt le v 0 sin α v 0 cos α g 0 kg (40 /s) sin ( 30 ) 6 kg 0 /s 400 3 /s 456,9 /s. v 0 sin α g III/3.. feladat: Ha az erő és az ellenerő egyenlő nagyságú és ellenkező irányú erők, iért ne seisítik eg egyást? Mert ne ugyanarra hatnak. g g Itt is először felírjuk az egyes testekre a Newtontörvényt függőleges és vízszintes irányban:,x : a x F K,y : a y g,x : a x K,y : a y g. Mivel függőleges elozdulás nincs, így a y a y 0. A két testet összekötő kötél nyújthatatlan, így a két test gyorsulása inden pillanatban ugyanakkora: a x a x a. Ezt egyszerűen eghatározhatjuk, ha összeadjuk a két x irányú egyenletet: a F + 8 N kg + 3 kg,6 s. Ezt felhasználva a kötelet feszítő erő,x egyenlet alapján: K a 3 kg,6 s 4,8 N. III/3.3. feladat: Állócsigán átvetett fonál végein illetve töegű test van. Mekkora gyorsulással ozog az egyik, illetve a ásik test, és ekkora erő hat a ennyezetre, ahová a csigát felfüggesztették? A fonál és a csiga töege elhanyagolható, a fonál ne nyúlik eg, a tengely ne súrlódik, a közegellenállás és a levegőben a felhajtó erő elhanyagolható.

Bevezető fizika (vill), 3. feladatsor Dinaika. és Statika egoldások F felf a 3 F r F r K K K F s g F s g K g g Írjuk fel a testekre a kötél entén, illetve a csigára függőleges irányban a Newton-törvényt: : a K g : a g K cs : 0 F felf K K. Mivel a kötél és a csiga ideális, ezért a két kötélerő nagysága egegyezik, K K K. Az első két egyenletből adódik: a + g. Ha az test a nehezebb, akkor arra fog ozogni a rendszer, ha pedig a ásik, akkor visszafelé. A kötélerő: ( ) K (a + g) + g + + g, vagyis a csiga a felfüggesztést erővel húzza. F felf K 4 + g III/3.. feladat: Mennyivel nyúlik eg az ábra szerinti elrendezésben a két test közé iktatott rugó, aikor az összekapcsolt rendszer egyenletesen gyorsuló ozgásban van? A csiga, a rugó és a fonál töegét ne vegyük figyelebe. Legyen kg, a súrlódási együttható µ 0,, a rugóállandó D 4 N/c. g Itt is felírjuk a Newton-törvényeket, figyelebe véve azt, hogy a rendszer csak az asztal felülete entén ozog., : a g K, : 0 0, : a K F r F s,, : 0 g 3, : a F r F s, 3, : 0 g, ahol F s, µ és F s, µ. A erőleges egyenletekből a tartóerőket eghatározva, ajd behelyettesítve a párhuzaos irányokra felírt egyenletekbe:, : a g K, : a K F r µg 3, : a F r µg. A háro egyenlet összegéből: a µ g, 3 elyet visszahelyettesítve az utolsóba: µ g F r µg 3 F r + µ g. 3 Vagyis a rugó egnyúlása: l F r D + µ 3 g D + 0, kg 0 s 3 4 N c 0,0. III/3.9. feladat: A kg töegű kiskocsi vízszintes síkon súrlódás nélkül ozoghat. A kocsira 0,5 kg töegű hasábot helyeztünk, és a hasábot F N vízszintes irányú erővel húzzuk. Mekkora a hasáb, illetve a kocsi gyorsulása, ha közöttük a tapadási súrlódási együttható µ tap 0,5, csúszó súrlódási együttható pedig µ cs 0,0? Mekkora a gyorsulás F 0 N-os húzóerő esetén? (g 0 /s )

Bevezető fizika (vill), 3. feladatsor Dinaika. és Statika egoldások K,y Fs K d 3 F K g K,x α g g h 4 Száoljuk ki a axiális tapadási erőt. Ebből kiderül, hogy a kocsi és a test összetapadva arad, vagy egyáshoz képest elozdul. ehát: Ftap µtap µtap g 0,5 0,5 kg 0 /s,5 N, azaz az első esetben F < Ftap, így egyben aradnak. A talajon nincsen súrlódás, így csak az F gyorsító erő száít: F ( + )a, aelyből: a N F 0,4 /s. + 0,5 kg + kg A ásodik esetben F0 > Ftap, azaz külön ozognak. A test ozgásegyenlete: F0 Fs a0, azaz: A felfüggesztési pontra felírva Newton II. törvényét: F0 Fs F 0 µcs g 0 N 0,0 0,5 kg 0 /s 0,5 kg 9,9 /s. a0 x: 0 K cos α K y: 0 K sin α G, ahonnan A kocsira Fs a0, aelyből: a0 A rudak csuklókkal vannak a falhoz és egyáshoz erősítve. Azok entén tetszőleges irányú és nagyságú erők hathatnak. A stabilitás iatt azonban a rudakban itt csak azok tengelyével párhuzaos erők hathatnak. együk ugyanis fel, hogy a felső rúd ne vízszintes erővel hat a test felfüggesztési pontjára. Ha így lenne, akkor a felfüggesztési pont a rúdra szintén ne vízszintes irányban hatna az ellenerejével. Ez az erő pedig azt okozná, hogy a fenti rúd elfordulna a falba rögzített csukló körül, vagyis ne lenne nyugaloban a rendszer. Hasonló gondolatenettel be lehet látni, hogy az alsó rúd is csak a tengelye entén fejthet ki erőt. G 800 N 4 000 N sin α 5 3 K K cos α 000 N 600 N. 5 K Fs µcs g 0,0 0,5 kg 0 /s kg 0,05 /s, A kocsi lassan elindul hátrafelé. III/5.9. feladat: Az ábrán látható tartón G 800 N súlyú teher függ. Mekkora erők hatnak a rudakban? III/5.6. feladat: Az töegű testet két fonál segítségével, az ábrán látható ódon függesztünk fel. Az asztallapon fekvő test töege 7 kg, az asztal és közötte a súrlódási együttható µ 0,5. Mekkora töeg esetén van egyensúly? VGY &NB 3

Bevezető fizika (vill), 3. feladatsor Dinaika. és Statika F s g y K x K Az egyensúly feltétele a testre (): x : K F s 0, y : g 0, K 45 g illetve tudjuk, hogy F s µ. A rögzítési pontra (): x : K x K K cos α K 0, y : K y g K sin α g 0. Az elsőből kifejezhető K F s µ g, aely beírható a ásodik párba. Így K cos α µ g 0, azaz K µ g cos α, és az y-ra vonatkozó egyenlet: A forgás tengelye az a pont, ahol a földre ér a deszka csúcsa. Ha a deszka l hosszú, akkor a súlya l/-nél hat, az eberi erő pedig l-nél. A forgatást jelentő erőleges koponens nagysága g g sin α. Ez alapján a forgatónyoatékunk a deszkára: M 0 g l + F l, ahol figyelebe vettük, ahogy az ellenkező irányú erők ellentétes forgatónyoatékot jelentenek. Az egyensúly feltétele, hogy M 0, azaz: 0 0 g l + F l 0 g + F F g g sin α 400 sin 30 DRS >73 N?? Otthoni gyakorlásra: 3.0, 3.6, 3.5, 3., 3.3, 5.7, 5.36 00 N???? A feladatok forrása Dér Radnai Soós Fizikai feladatok. µ g cos α Ebből a keresett töeg: sin α g 0. µ tgα 0,5 7 kg tg45 8 kg. III/5.0. feladat: Egy unkás g 400 N súlyú, hoogén töegeloszlású deszkát egyik végénél fogva a vízszinteshez képest α 30 -os szögben tart. A deszka ásik vége a földön fekszik. Mekkora erő szükséges ehhez, ha az általa kifejtett erő iránya erőleges a deszka egyenesére? α F g g 4

Bevezető fizika (vill), 4. feladatsor Munka, energia, teljesítény A ai órához szükséges eléleti anyag: K unka W F s F s cos α skalárszorzat (száít az irány!). [W ] J szakaszokra bontás, határesetben integrálás (W s s Fds), azaz a görbe alatti terület! nehézségi erőtér helyzeti energia: E h gh, ai negatív is lehet (pl. talajszint alatt) kinetikus/ozgási energia: E k v rugó: E r Dx (x a egnyúlás, D a rugóállandó) unkatétel E k W teljesítény (P W t kwh 3600 kj Órai feladatok: ), hatásfok (η hasznos összes ), IV/4.7. feladat: α 30 -os lejtőn valaki egy 0 kilograos bőröndöt tol fel vízszintes irányú erővel h éter agasra. A ozgási súrlódási együttható µ 0,. A bőrönd ozgása egyenletes. Mennyi unkát végez: a) az eber, b) a súrlódási erő, c) a bőröndre ható nehézségi erő, d) a lejtő nyoóereje, e) a bőröndre ható erők eredője? (g 0 /s ) F h F g F g F s g Mivel állandó erők hatnak, így a unkát ki lehet száítani az erő és az elozdulás skaláris szorzataként. A feladat egoldásához először határozzuk eg, hogy ekkora F erőre van szükség. A Newtonegyenleteket felírva azt kapjuk, hogy : s α 0 K g cos α F sin α : 0 F cos α g sin α F s, ahol F s µ K, és K az első egyenletből kifejezhető: K g cos α + F sin α, elyet a ásodik egyenletbe helyettesítve: 0 F cos α g sin α µ (g cos α + F sin α ) F sin α + µ cos α cos α µ sin α g. Szükségünk lesz ég a többi erő nagyságára is: K g cos α + F sin α sin α + µ cos α g cos α + g sin α cos α µ sin α cos α µ cos α sin α + sin α + µ cos α sin α cos α µ sin α g 5

Bevezető fizika (vill), 4. feladatsor Munka, energia, teljesítény egoldások g, cos α µ sin α Fs µk µg. cos α µ sin α tudjuk, hogy a rugóerő Fr (x) D x, ahol x a egnyúlás, és a i erőnk ennek az ellenereje. A unka kiszáolásához először tekintsünk azt a pillanatot, ikor éppen xi -vel van egnyújtva a rugó. Próbáljuk ekkor a rugót ég egy nagyon pici x hosszal ég jobban egnyújtani. Ez olyan kis távolság, hogy ez alatt az erő gyakorlatilag ne változik, végig Fr (x) D xi. Ekkor a unkánk erre a kis x szakaszra: a) Az eber által végzett unka: Weber F s F s cos α sin α + µ cos α h g cos α cos α µ sin α sin α sin 30 + 0, cos 30 cos 30 0, sin 30 cos 30 0 kg 0 s sin 30 608,87 J. W (xi ) Fr (x) x D xi x. A teljes egnyújtásra száolt unkát úgy kapjuk, hogy a l távolságot felosztjuk sok ilyen pici x szakaszra, kiszáoljuk a unkát az egyes szakaszokra, ajd összeadjuk őket. Vegyük észre, hogy az így száított összeg, éppen az Fr (x) függvény alatti terület téglalapösszege. b) A súrlódási erő által végzett unka: Ws F s Fs s µg h cos α µ sin α sin α 0, 0 kg 0 s cos 30 0, sin 30 sin 30 08,87 J. Fx () Fr (x) Fr (xi ) x c) A nehézségi erő unkája h Wg g s gk s g sin α sin α 0 kg 0 400 J. s d) A lejtő nyoóereje ne végez unkát, hiszen az erőleges az s elozdulásra. e) A bőröndre ható erők eredője nulla, hiszen a bőrönd összgyorsulása nulla. Ennek unkája terészetesen nulla. x x W li N Z l Ennek a unkának a kiszáolásánál az a probléa, hogy az általunk kifejtett erő ne állandó, hiszen xn l x N X W (xi ) li N i Z l N X D xi x i l dw (x) D x dx Dx 0 0 0 D ( l) D 0 D ( l) N 500 (0, ),5 J. IV/4.. feladat: Rugós erőérőt l 0 c-rel kihúztunk. Mekkora unkát végeztünk a egnyújtáskor, ha a utató F 50 N nagyságú erőt jelez? F 50 N N D 500. l 0, xi Ha egyre finoítjuk a felosztást, akkor az Fr (x) függvény alatti területet kapjuk a x [0, l] tartoányon. A téglalapösszeg pedig egy integrálásba egy át: Vegyük észre, hogy ezt a korábbi eredényekből is egkapjuk, hiszen ha összeadjuk az összes erő unkáját, akkor is nullát kapunk. Először száoljuk ki a rugó állandóját: IV/4.9. feladat: h0 0 éter ély kútból, éterenként Flánc 0 N súlyú lánccal vizet húzunk fel. A vödör súlya vízzel együtt Fvödör 0 N. Mekkora unka árán tudunk egy vödör vizet felhúzni? VGY &NB 6

Miközben húzzuk fel a vödröt a lánc kikerül a kútból és egyre kisebb lesz a súly, ait húzunk. Foralizálva a húzóerő a élység függvényében: F h (h) F vödör + hf lánc, aelyet összegeznünk kell h 0-tól h 0 -ig. Az erőagasság grafikon: F [N] Bevezető fizika (vill), 4. feladatsor Munka, energia, teljesítény egoldások Aelyből fejezzük ki a sebességet: ( v s ) v0 387,3 /s. s ax IV/4.39. feladat: Az ábrán látható ingát 90 -kal kitérítjük és elengedjük. Az asztal szélén levő, vele egyenlő töegű golyóval teljesen rugalasan ütközik. Határozzuk eg, hogy az asztaltól ilyen távol ér a padlóra a lelökött golyó! W 0 l h 0 0 h A területet feloszthatjuk egy négyzetre (a vödör felhúzásának unkája), és egy kis hároszögre (lánc húzása). A két unka külön a terület alapján: W F vödör h 0 00 J, W (h 0F lánc ) h 0 500 J. Összesen tehát W W + W 700 J. Megtehetjük azt is, hogy kihasználjuk, hogy az integrálszáítás érteében a unka: W h0 0 F (h)dh h0 [F vödör h + h F lánc 0 (F vödör + hf lánc ) dh ] h0 0 700 J. IV/4.3. feladat: Oldjuk eg a unkatétellel a következő feladatot: v 0 500 /s sebességű puskagolyó s ax 5 c élyen hatol be a fába. Mekkora volt a sebessége s c élységben? ételezzük fel, hogy a fa fékező ereje állandó. A unkatétel szerint E kin W, kifejtve W F fék s ax, íg E kin 0 v 0. Így a fékezőerő: F fék v 0. s ax Ha csak c-t haladunk, akkor a ozgási energia egváltozása E kin v v 0, íg a unka W F fék s, azaz a unkatétel szerint: v v 0 F fék s v 0 s ax s h A ozgás több részre bontható. Először az inga lelendül ( ), ajd egtörténik az ütközés ( 3), végül pedig a ásodik test leesik (3 4). Ezeket a speciális állapotokat ind összeköti a unkatétel, elyet használhatunk. : Az ingatest lelendül. Válasszuk a helyzeti energia nullszintjét az asztal szintjének. Ekkor a testnek az () pontban van helyzeti energiája, á nincs ozgási energiája, ezzel szeben a () helyzetben helyzeti energiája nincs, cserébe viszont ozgási energiája lett, hiszen v sebességgel ozog. A testre a kötélerő hat, ai sose végez unkát, illetve hat rá a nehézségi erő, annak a unkáját viszont helyzeti energiában vettük figyelebe. Ez alapján a unkatörvény: W ( ) E kin + E pot ( ) 0 v (gl) v gl. 3: Itt történik eg az ütközés. Mivel az ütközés teljesen rugalas, így az ütközés során az energia egarad. Szintén ivel a külső erők unkája nulla, így az ipulzusegaradást is lehet használni. A két törvény: v + 0 v 3 + u 3 7

Bevezető fizika (vill), 4. feladatsor Munka, energia, teljesítény egoldások v + 0 v 3 + u 3, ahol az u-val jelölt tagok a kezdetben álló golyó jellezői. A két egyenlet egyszerűsítve: v v 3 + u 3 v v 3 + u 3, ajd a ásodik egyenlet négyzetre eelve: v v 3 + u 3 + v 3 v 3, és ebből az első egyenletet kivonva: 0 v 3 u 3, tehát vagy az első vagy a ásodik test állni fog az ütközés után. Az ipulzusegaradást kifejező egyenletre pillantva láthatjuk, hogy ha az egyik sebesség nulla, akkor a teljes kezdeti sebességet a ásik test kapja eg. Innen adódik, hogy a kezdetben ozgó golyónak kell egállnia, és a ásiknak ugyanakkora sebességgel továbbhaladnia, hiszen a fordított eset ne lehetséges. ehát v 3 0, u 3 v gl. 3 4: A ozgás utolsó szakaszában egy vízszintes hajítás történik. A leesés ideje h g, ely alatt a test h s u 3 g gl lh utat tesz eg. IV/8.46. feladat: Egy részecske csupán az x tengely entén ozoghat. Az ábrán a részecske potenciális energiájának a helytől való függése látható. A; Ábrázoljuk grafikonon (hozzávetőlegesen) a részecskére ható erőt, int a hely függvényét. B; Feltéve, hogy a részecske valailyen rezgő ozgást végez, legfeljebb ennyi lehet ozgási energiája? E pot Vannak olyan esetek, aikor a erő felírható a potenciális erő segítségével. Ilyen a kapcsolat az, hogy erő ne ás, int görbe eredekségének ellentettje. Nézzük az ábrát. Kezdetben az energia csökken, tehát a eredeksége negatív, vagyis az erő x 0 -ig pozitív lesz. Ott az iniu van, a eredekség és az erő is 0. Ezt követően a függvény növekszik, tehát az erőnek negatívnak kell lennie. A kapott ábra: E 0 F x 0 A rezgő ozgás azt jelenti, hogy rögzített energia ellett különböző helyeken (x) is felvehet ugyanakkora potenciális energiát. Ez az x tengely alatti szakaszra érvényes. A iniális potenciális energia E 0, ha ennél egy kicsit több van akkor abban a agasságban eletszve a függvényt egkapjuk a rezgés két végpontját. A végpontban a sebesség 0 (lásd egy rugó), így a kinetikus energia is. Azonban aikor a köztes szakaszra érünk a potenciális energia lecsökken, és a különbségből lesz a kinetikus energiája. IV/4.4. feladat: g 00 N súlyú testet F 0 N nagyságú erővel eelünk. Mekkora a teljesítény az indulás után ásodperccel? Mekkora az átlagteljesítény az első ásodperc alatt? A pillanatnyi teljesítény P F v. A testre ható erők eredője F e 0 N 00 N 0 N, vagyis a test gyorsulása a 0 N 0 kg. s Kezdetben a test állt, idő elteltével a test sebessége: v( ) a s 4 s s. Mivel ez a sebesség felfelé utat, így egy irányba esik az eelőerővel. A teljesítényünk tehát: P ( s) 0 N 4 s 480 W. Az átlagteljesítény kiszáításához tudnunk kell, hogy hogyan változik a pillanatnyi teljesítény az időben. Az időfüggés a sebességen keresztül történik: x E 0 x 0 x P (t) F v(t) F a t. Mivel a teljesítény az idővel lineáris kapcsolatban áll, így az átlagteljesítény száolható, int a kezdeti és a végállapotban lévő pillanatnyi teljesítény 8

szátani közepe: Bevezető fizika (vill), 4. feladatsor Munka, energia, teljesítény P átl P ( s) + P (0) Otthoni gyakorlásra: 480 W + 0 40 W. IV/4.6. feladat: Mekkora átlagos teljesíténnyel lehet egy 000 kg töegű szeélyautót 0 ásodperc alatt, álló helyzetből 00 k/h sebességre gyorsítani? IV/4.30. feladat: v 0 5 /s kezdősebességgel függőlegesen lefelé hajítunk egy követ. Mennyi idő alatt négyszereződik eg a ozgási energiája? IV/4.3. feladat: Egy ládát állandó sebességgel húzunk vízszintes talajon. Mozgás közben F s 50 N a fellépő súrlódási erő. Milyen esszire húzhatjuk el a ládát W i 0,00 kwh unka árán? IV/4.3. feladat: Egy ejtőernyős kiugrik egy 000 agasságban szálló repülőgépből. (A gép vízszintesen repül, sebessége 00 /s.) Az ejtőernyős sebessége földet éréskor 5 /s. öege az ernyővel együtt 00 kg. Mennyi unkát végzett a közegellenállás? IV/4.9. feladat: Mekkora unkavégzéssel jár egy 4 kg töegű test felgyorsítása vízszintes talajon v v 3 /s sebességre s éter úton, ha a talaj és a test közötti súrlódás együtthatója µ 0,3? (g 0 /s ) IV/D6. feladat: Az ábrán látható 0,0 kg töegű testtel l 7,5 c-rel összenyotuk a D 4 N/ rugóállandójú rugót, ajd a testet elengedtük. A test és a vízszintes felület közti ozgási súrlódási együttható értéke µ 0,5. Mekkora utat tesz eg a test a egállásig? v A feladatok forrása Dér Radnai Soós Fizikai feladatok. 9

Bevezető fizika (vill), 5. feladatsor Körozgás A ai órához szükséges eléleti anyag: egyenletes körozgás periódusidő, frekvencia, szögsebesség, kerületi sebesség, centripetális gyorsulás és erő radiális és tangenciális irány kapcsolat az egyenes és körpályán történő ozgás között Órai feladatok: V/6.. feladat: Forgó kerék két ugyanazon sugáron levő pontjának sebessége v 3 /s, illetve v 7 /s. Mekkora a kerék szögsebessége, ha a két pont egyástól való távolsága r 30 c? A kerületi sebességük különböző de szögsebességük azonos, azaz: v r ω (r + r) ω v r ω összevonva v v + r ω, aelyből a szögsebesség: ω v v r 3 /s 7 /s 0,3 0 s. V/6.5. feladat: Mekkora a U-44 utasszállító repülőgép centripetális gyorsulása, ha v 400 k/h sebességgel r 80 k sugarú körívben halad fordulás közben? Ily ódon ennyi időbe telik, aíg északi irányból kelet felé fordul? Mennyi utat tesz eg e fordulás közben? A centripetális gyorsulás: a cp v r ( ) 400 k h /3,6 s k h 80000 5, 5 /s. A negyedkör alatt egtett út: s rπ 4 az ehhez szükséges idő: t s v 80 k π 4 5,6 k, 5,6 k 88,5 s. 400 k/h V/6.7. feladat: 000 kg töegű gépkocsi dobvidéken halad, egyenletes v 0 7 k/h sebességgel. Az A és B pontokban az út R 00 illetve R 50 sugarú körív, a C pontban vízszintes. a) Határozzuk eg e háro pontban az út által a gépkocsira kifejtett nyoóerő irányát és nagyságát. b) Mennyi lehet a gépkocsi axiális sebessége az A pontban? (g 0 /s ) R R g A g B g a) A C pontban az autó egyenesen halad, függőlegesen ne végez ozgást, így az ilyen irányú gyorsulása nulla. A II. Newton-törvény alapján C g 0 4 N. A gépkocsi az A és a B pontban körpályán halad, iközben az aktuális kerületi sebessége v 0. A körpályán való haladás feltétele, hogy a kocsira ható C 0

erők eredője biztosítsa az autónak a centripetális gyorsulást. Az A pontban F cp g A v 0 R A g v 0 000 kg 600 N. R ( ) 0 ( 0 s s 00 ahol A az út és az autó között fellépő nyoóerő. A B pontban a centripetális gyorsulás ellentétes irányba kell, hogy utasson, így F cp B g v 0 R B g + v 0 000 kg 8000 N. R ( 0 ( 0 s + s 50 b) Vegyük észre, hogy ha a A kifejezésében, a v 0 sebesség túl nagy, akkor a A akár negatív is lehetne. Ez azonban ne valós egoldás, hiszen a tartóerő csak nyoni tud, húzni ne. Ha ez az eset állna fenn, akkor az azt jelentené, hogy az A pontban az autó ár ne ér hozzá az aszfalthoz, ivel az ár korábban eleelkedett attól. A határeset akkor következik be, aikor a tartóerő éppen nulla. Ekkor a nehézségi erő ég éppen tudja biztosítani a körpályán való aradáshoz szükséges centripetális gyorsulást: g v ax R v ax R g 3,6 s. V/6.0. feladat: Az l hosszúságú fonálra függesztett töegű golyó ingaként leng. A legnagyobb kitérés ϕ ax 30. Mekkora erő hat a fonálban, aikor a) az inga szélső helyzetben van; b) a függőleges helyzeten halad át? Mennyi a gyorsulása az előbbi helyzetekben? ) ) ) Bevezető fizika (vill), 5. feladatsor Körozgás egoldások K h ϕ g l g tg K g g r Az ingatest körozgást végez, vagyis a rá ható erők eredőjének sugárirányú koponense az, ai a test centripetális gyorsulását adja: a cp v l K g cos ϕ. a) A legszélső helyzetben a test sebessége nulla, vagyis az előző egyenlet alapján: K g cos 30. b) A pálya aló pontjában viszont K g + v l A unkatételt felhasználva ezt a sebességet is ki tudjuk száítani. A testre csak a kötélerő és a nehézségi erő hat, elyek közül a kötélerő sose végez unkát, hiszen az indig erőleges a ozgás irányára. A nehézségi erő unkáját pedig a helyzeti energiával fogjuk figyelebe venni. Legyen az egyik állapot az inga axiális kitérése, a ásik pedig az alsó helyzeten való áthaladás. Erre a két pontra felírva a unkatételt: ahonnan 0 W E E E E E v gh gl( cos ϕ) v gl( cos ϕ), K g [3 cos ϕ]. V/6.. feladat: a) Milyen erő hat a Föld körül keringő űrhajóban lebegő űrhajósra? b) Milyen erő hat a Föld felé szabadon eső testre? c) Milyen erő hat a Föld felé zuhanó repülőgépben lebegő pilótára?.

Bevezető fizika (vill), 5. feladatsor Körozgás egoldások a, A Föld nehézségi vonzása b, ugyanaz c, ugyancsak a nehézségi vonzás. V/6.5. feladat: Egy gépkocsi v 08 k/h sebességgel halad. Kerekeinek átérője d 75 c. Mekkora a kerekek szögsebessége? Az autó éppen akkora sebességgel halad, int aekkora a kerekei egy pontjának kerületi sebessége. Ez a legegyszerűbben onnan látható be, hogy tudjuk, hogy a kerék az aszfalton tapad, vagyis a kerék legalsó pontja a kocsi ozgása során indig áll. Mivel az autó inden pontja előre felé halad v sebességgel, ezért a kerék külső pontjainak kerületi sebessége olyan kell hogy legyen, hogy a legalsó pont indig álljon, vagyis a kerületi sebességnek is v-nek kell lennie. Így a szögsebesség: ω v d/ k 08 h 37,5 c 80 s. V/6.30. feladat: Egy fonálingát nyugali helyzetéhez képest 90 - kal kitérítünk, ajd elengedünk. Aikor az inga átlendül a függőleges helyzeten, a fonál egy szögbe ütközik. A fonal hosszának hányadrészénél lehet a szög, ha azt akarjuk, hogy a fonál végére kötött test további pályája teljes egészében kör legyen? r 3 l íg a ozgási energia egváltozása: E kin v v. }{{} 0 Másrészt a körozgás feltételéből a centripetális és nehézségi erő egegyezik ebben a pontban: v r g, aelyből v gr. Ezt behelyettesítve a unkatételbe: g(l r ) gr r 0,4l. V/6.39. feladat: Egy űrálloás l 30 hosszú rúddal összekötött két kisebb űrkabinból áll. Milyen szögsebességgel kell az űrálloásnak a rúd középpontján átenő képzelt tengely körül forognia, ha azt akarjuk, hogy az űrkabin lakói a Föld felszínén egszokott súlyú állapotban érezzék agukat? (g 0 /s ) Miközben az űrálloás forog, a kabinok, és így a bennük lévő testek körozgást végeznek. A körozgás során a testek gyorsulnak, ezt a gyorsulást pedig az alátáasztást adó tartóerők biztosítják a testeknek. Az űrkabinban lévő űrhajós azt érzékei, hogy a környezetéhez képest nyugaloban van, illetve az alátáasztás őt nyoja. Az ő szeszögéből ez csak úgy agyarázható, ha őrá hat egy fiktív tehetetlenségi erő (a centripetális erő), elyet ő érez, és ez az, ai őt az alátáasztáshoz nyoja. Ezt a centripetális erőt érezzük úgy, intha az egy esterséges nehézségi erő lenne. Ez az erő egyenlő nagyságú az alátáasztás erejével, vagyis a centripetális erő nagyságával: G esterséges g v l/ l ω g 0 s ω l 30 0,8 s A teljes kör egtételének feltétele, hogy elérjük a kis kör legfelső pontját és az inga átlendüljön rajta. Használjuk a unkatételt. A nehézségi erő unkája: W g(l r ), V/6.33. feladat: Egy r 0,6 éter sugarú göb tetején egy kis golyót elengedünk. A göb tetejétől száítva ilyen agasságban hagyja el a golyó a göböt? (A súrlódástól eltekintünk.)

Bevezető fizika (vill), 5. feladatsor Körozgás ϕ g r g t g A göböt akkor hagyja el a golyó, aikor a felület tartóereje egszűnik. Írjuk fel az egyenleteket a radiális és tangenciális koponensekre: r : g cos ϕ r t : a g sin ϕ. v A tetejéről való indulással felírhatjuk a unkatételt is: v 0 g(r r cos ϕ) azaz v gr( cos ϕ), ait behelyettesíthetünk a sugárirányú egyenletbe: g( cos ϕ) g cos ϕ és kifejezhetjük a felület tartóerejét: g( 3 cos ϕ). Ez zérus, ha 3 cos ϕ 0, vagyis ha cos ϕ 3. Azaz a göb agasságához képest h r r cos ϕ r 3 0, agasságnál hagyja el a göböt. Otthoni gyakorlásra: 6.3, 6.4, 6.8, 6.9, 6., 6.4, 6.9, 6.5, 6., 6.6 A feladatok forrása Dér Radnai Soós Fizikai feladatok. 3

Bevezető fizika (vill), 6. feladatsor Elektrosztatika A ai órához szükséges eléleti anyag: töltés (Q, [Q] C), tapasztalat (azonos taszít, ellentétes vonz), Coulob-törvény F 4πε 0 }{{} 9 0 9 N C Q Q r r r, vákuu perittivitása ε 0 8,85 0 C, relatív perittivitás ε N r q próbatöltésre ható erő elektroos tér (E F q ) erővonalkép, hoogén erőtér unkavégzés W Fs qes, feszültség/potenciálkülönbség (U Es, [U] V) kondenzátor C Q U, [C] F, síkkondenzátor C ε A l, energia, U CU sorosan/párhuzaosan kapcsolt kondenzátor eredő kapacitása Órai feladatok: VI/7.4. feladat: Két pozitív, pontszerű töltés, Q és 4Q, egyástól l távolságban van rögzítve. Hol kell elhelyezni egy pontszerű Q töltést, hogy egyensúlyban legyen? A töltések egegyező előjelűek, tehát indketten vonzani/taszítani fogják a próbatestet. Egyensúly akkor lehet, ha kioltják egyást, ai csak egy vonalba esés esetén valósulhat eg. Q F C x Q F C 4Q Az középsőre ható erők egyensúlyban: F C + F C 0 F C F C 0 Q 4πε 0 x 4Q 4πε 0 (l x) 0, aelyből a következő ásodfokú egyenletet kapjuk: A egoldóképlet szerint: x + 3 lx 3 l 0. x, 3 l ± 4 9 l + 4 3 l l ( ± ) 5, 3... aelyek közül a fizikailag helyes egoldás az x 0,4l. VI/7.6. feladat: Hoogén elektrosztatikus tér pontjaiban a térerősség E 0 5 V/. Mekkora erő hat a térben levő q 0 8 C töltésű kicsi fégolyóra? Mennyi a golyó gyorsulása, ha töege 5 g? A testre a Coulob-erő hat, aely felírható a térerősséggel: F qe 0 8 C 0 5 N C 0 3 N. Newton törvénye értelében az erő alapján a gyorsulás: a F 0 3 N 5 0 3 kg 0,4 s. 4

VI/7.7. feladat: Síkkondenzátor hoogén elektroos terében a térerősség E 000 N/C. Az ábra szerinti elrendezés esetén, az AD és BC szakaszok c hosszúságúak. a) Mennyi unkát végeznek az elektroos erők, ha Q 5 0 6 C pozitív töltés az A pontból a C pontba: az ABC; vagy az ADC; vagy közvetlenül az AC úton ozdul el? b) Mennyivel kisebb a B; C; D; pontban a potenciál, int az A pontban? c) Mennyi a kondenzátor leezei között a feszültség, ha a leezek távolsága 3 c? D C Bevezető fizika (vill), 6. feladatsor Elektrosztatika egoldások A kondenzátor leezei közötti feszültség nagysága V 000 V 3 c 30 V. VI/7.8. feladat: Mekkora sebességre gyorsul fel vákuuban, hoogén elektrosztatikus térben, s úton az eredetileg nyugvó elektroos részecske? ( 0 6 g; Q 0 7 C, E 0 4 V/; s 0 c) Használjuk a unkatételt! Az egyik oldalon külső gyorsító erőként ott van az elektroos tér, íg a ásikon a ozgási energia változásából kijön a sebesség: A A töltésre ható erő: F QE 5 0 6 C 000 N/C 5 0 3 N, elynek iránya egegyezik az elektroos térerősség irányával, vagyis felfelé utat. Az erő állandó: annak nagysága és iránya független a töltés helyétől. Az AB és a DC egyenesek entén végzett unka nulla, hiszen itt az elozdulás és az erő egyásra erőleges, így a skalárszorzat nulla. Az AD és a BC egyenesek entén pedig az elozdulás párhuzaos az erő irányával, így a unka: B + W AD W BC F AD F AD 5 0 3 N c 5 0 5 J. Az AC úton végzett unkát hasonlóan száolhatjuk: W AC F AC F AD AC cos α F cos α cos α W AD. QEs v 0 v QEs 0 5 s 447, s. 0 7 C 0 4 N C 0, 0 9 kg VI/7.0. feladat: Mekkora a térerősség és a potenciál egy töör, töltött fégöb belsejében? Mivel a göb ideális vezető, így annak belsejében ne lehet térerősség. Ennek az az oka, hogy ha lenne, akkor a fé belsejében lévő többi töltésre azonnal hatna a Coulob erő, és azok elozdulnának, és azok egészen addig ozognának, íg olyan állapot áll be, hogy ne hat ár rájuk erő. A göbön belül a potenciál pedig állandó. Ennek oka, hogy a göb belsejében a térerősség nulla, abban sehol se eshet feszültség, vagyis seelyik két pont között nincs potenciálkülönbség. A feszültség hoogén térerősség esetében: V E s W Q, E(r) U(r) vagyis az AB szakaszon ne esik feszültség, az AD és az AC szakaszokon pedig r r V AC V AD 5 0 5 J 5 0 6 C 0 V. R r R r 5

Bevezető fizika (vill), 6. feladatsor Elektrosztatika egoldások VI/7.. feladat: Féből készült, töltetlen göbhéj középpontjában +Q pontszerű töltés helyezkedik el. a) Hogyan helyezkednek el a egosztott töltések a göbhéjon? b) Rajzoljuk eg vázlatosan az erővonalakat a göbön belül és kívül! c) Hat-e erő a göbön kívül levő töltésre? d) A göböt lefödve, hogyan változik eg a töltések eloszlása? a) A göbhéj külső és belső felületére töltések fognak felhalozódni. A belső töltésfelhalozódásnak az oka a göb közepén található töltés egosztó hatása, a göbhéj negatív töltései ahhoz közel, íg annak pozitív töltései attól távol szeretnének elhelyezkedni. Kérdés ég, hogy a göbhéj belsejében található-e szabad töltés. Mivel a göbhéj ideális vezető, így annak belsejében ne lehet térerősség. Ennek az az oka, hogy ha lenne, akkor a fé belsejében lévő többi töltésre azonnal hatna a Coulob erő, és azok elozdulnának, és azok egészen addig ozognának, íg olyan állapot áll be, hogy ne hat ár rájuk erő. Ezek ellett ég azt is tudjuk, hogy a töltések irány szerinti eloszlása egyenletes lesz, elynek oka, hogy a probléa göbszietrikus. b) Az erővonalat párhuzaosak az elektroos térerősség irányával, és az erővonalak sűrűsége arányos a térerősség nagyságával. c) Igen. + + + + + + + Q + + + + + d) A göbhéj külső felületén az ott felhalozódó pozitív töltések taszítják egyást. Ha földeljük azt a felületet, akkor ezek a töltések ár el tudnak távolodni egyástól, így a felületen egszűnik a töltésfelhalozódás: a felület seleges lesz. VI/7.3. feladat: Sorosan kapcsolunk egy C 4 µf-os és egy C 6 µf-os kondenzátort. Mekkora töltéstől töltődik fel a rendszer U 0 V-ra? Sorosan kapcsolt kapacitások esetén az eredő nagysága: C C + C 4 0 6 F + 6 0 6 F, az eredő C,4 µf. A kondenzátorokra jutó töltés: Q CU,4 µf 0 V 5,8 0 4 C. VI/7.6. feladat: Egy C kapacitású kondenzátorra Q töltést visznek, ajd lekapcsolják a telepről. Hogyan változik a kondenzátor elektrosztatikus energiája, ha leezeit távolítják egyástól? A lekapcsolás után a kondenzátoron levő töltésnek eg kell aradnia. A kondenzátor energiája: E C CU Q C, aelybe behelyettesíthetjük a síkkondenzátorra vonatkozó iseretünket ( C ε A ) l, és így: E C Q εa l. Ez alapján ha leezeket távolítjuk (l nő), akkor az energia is növekedni fog. VI/7.6. feladat: Mekkora eredő kapacitást kapunk, ha C µf és C 3 µf kapacitású kondenzátort a) sorba, b) párhuzaosan kapcsolunk? a, Sorba kapcsolás esetén: ( C + ) ( C C 0 6 F + 3 0 6 F, µf. b, Ha párhuzaosan kapcsoljuk őket: C C + C µf + 3 µf 5 µf. ) Megj. Ez a példa előrevehető első kondenzátoros példának, aztán a levezetést hozzá el lehet közben ondani. VI/7.7. feladat: Két sorba kötött kondenzátorra, aelyek kapacitása C µf és C 4 µf; U 0 V feszültséget kapcsolunk. Mekkora az egyes kondenzátorokra jutó feszültség? 6

A soros kapcsolás iatt indkét kondenzátorra ugyanakkora töltés jut, azaz: C U C U C (U U ) (C + C ) U C U U C C + C U 80 V. 4 µf µf + 4 µf 0 V Bevezető fizika (vill), 6. feladatsor Elektrosztatika 0 V + 6 V 60 µf 36 µf. 80 V 0 V Otthoni gyakorlásra: 7.5, 7., 7.4, 7., 7.3, 7.4, 7.7, 7.8, K6 A feladatok forrása Dér Radnai Soós Fizikai feladatok. A ásik kondenzátorra U U U 0 V 80 V 40 V jut. VI/7.30. feladat: Iseretlen kapacitású, U 80 V-ra feltöltött kondenzátor sarkait összekapcsoljuk egy U 6 V-ra feltöltött, C 60 µf kapacitású kondenzátor sarkaival. Határozzuk eg az iseretlen kapacitást, ha az összekapcsolás után a kondenzátorok közös feszültsége U k 0 V; és összekötéskor az a) egyező pólusokat; b) ellentétes pólusokat kapcsoltuk össze! A ásodik kondenzátorra Q C U 6 V 60 µf 960 µc töltés jut. a, Egyező pólusok összekapcsolása esetén a töltések összeadódnak és indkét kapacitáson azonos feszültség alakul ki. Az összeállítás a párhuzaos kapcsolásra elékeztet. Azaz igaz lesz, hogy: aely tovább fejtve: C C + C Q Q + Q, U k C C U + C U U k (C + C ) C U + C U C U k U C U U k 0 V 6 V 60 µf 4 µf. 80 V 0 V A ost fordítva kötjük össze őket, így a töltések kioltják egyást, azaz a fenti állítások közül ódosul a haradik: Q Q Q, aely hasonlóan továbbvihető: U k C C U C U U k (C + C ) C U C U C U k + U U U k C 7