Απάντηση - Υλικό Φυσικής

Download Report

Transcript Απάντηση - Υλικό Φυσικής

Υλικό Φυσικής-Χηµείας Ορµή

Η μεταφορά ορμής.

Σε λείο οριζόντιο επίπεδο ηρεµεί ένα σώµα Σ µάζας Μ. Τη χρονική στιγµή t 0 =0 στο σώµα ασκείται µια σταθερή οριζόντια δύναµη µέτρου F=2Ν. i) Ποια η ορµή του σώµατος Σ τη στιγµή t 1 =10s; ii) Αν στη θέση του σώµατος Σ, είχαµε δυο σώµατα Α και Β µε µάζες m και 3m, τα οποία συνδέονται µε αβαρές νήµα και ασκούσαµε την ίδια

A

Σ

B

r

F

r

F

δύναµη στο σώµα Β, να βρεθεί η ορµή κάθε σώµατος τη στιγµή t 1 . Σ

1

Σ

2

r

F

iii) Επαναλαµβάνουµε το πείραµα, αλλά τώρα έχουµε τα σώµατα Σ 1 και Σ 2 µε µάζες m 1 =1kg και m 2 =4kg, τα οποία συνδέονται µε ιδανικό ελατήρι ο, όπως στο τρίτο σχήµα. Ασκούµε ξανά την ίδια δύναµη στο σώµα Σ 2 , οπότε τη στιγµή t 1 το σώµα Σ 2 , έχει ταχύτητα µέτρου υ 2 =3m/s. Να βρεθεί η ταχύτητα του σώµατος Σ 1 την ίδια χρονική στιγµή t 1 . iv) Τη στιγµή t 1 σταµατά να ασκείται η δύναµη F. Μια επόµενη χρονική στιγµή t 2 η ταχύτητα του σώµα τος Σ 1 µηδενίζεται στιγµιαία. Να βρεθεί η ταχύτητα του Σ 2 τη στιγµή αυτή.

Απάντηση:

i) Από το γενικευµένο νόµο του Νεύτωνα για το σώµα Σ έχουµε: r ∆

P

= r Σ

F

(1) ∆

t

Όπου στην περίπτωσή µας, ΣF y =0, οπότε ΣF=F. Αλλά αφού η ασκούµενη δύναµη είναι σταθερή, θα είναι σταθερός και ο αντίστοιχος ρυθµός µεταβολής της ορµής για το χρονικό διάστηµα 0-t 1 και η παραπάνω εξίσωση γίνεται: r

N

r

F P

τελ −

P

a

ρχ =

F

P

τελ =

F

t

1

=

2

10 kg

m / s

=

20 kg

m / s t

1

0

r

w

Με κατεύθυνση ίδια µε την κατεύθυνση της δύναµης (οριζόντια µε φορά προς τα δεξιά). ii) Στο διπλανό σχήµα έχουν σχεδιαστεί οι δυνάµεις που ασκούνται στα σώµατα Α και Β, µόλις ασκηθεί η δύναµη F, όπου το νήµα ασκεί δυνά r

N

1

T

r

1

T

r

2

µεις ίσου µέτρου (Τ 1 =Τ 2 ) στα δυο σώµατα. Παίρνοντας το γενικευµένο r

w

1

r

w

2

νόµο του Νεύτωνα για κάθε σώµα χωριστά, έχουµε: r ∆

P

1

t

= r Σ

F

= r

T

1

και r ∆

P

2

t

= r Σ

F

= r

F

+ r

T

2

r

N

2

r

F

Με πρόσθεση κατά µέλη των δύο παραπάνω εξισώσεων παίρνουµε: ∆ r

P

1

t

+ r ∆

P

2

t

= r

T

1

+ r

F

+ r

T

2

→ r ∆

P

o

λ ∆

t

= r

F

(2) Αν δούµε τις εξισώσεις (1) και (2) παρατηρούµε ότι ο γενικευµένος νόµος του Νεύτωνα που ισχύει για

www.ylikonet.gr

1

Υλικό Φυσικής-Χηµείας Ορµή

ένα σώµα, ισχύει ακριβώς µε την ίδια µορφή και για το

σύστηµα

των σωµάτων Α και Β, όπου µιλώντας για συνισταµένη δύναµη, έχουµε την

εξωτερική

δύναµη F. Αλλά τότε από την (2) παίρνουµε:

P

o

λ

,

τελ −

P

o

λ

.

a

ρχ

t

1

0

=

F

P

o

λ

.

τελ =

F

t

1

=

2

10 kg

m / s

=

20 kg

m / s

Αλλά αν συµβολίσουµε ως Ρ 1 =mυ την τελική ορµή του Α σώµατος και Ρ 2 =3mυ (ίδια ταχύτητα) την αντίστοιχη ορµή του Β, θα έχουµε:

Ρ

1

2

ολ

→ mυ+3mυ=Ρ

ολ

→ 4mυ=20kg·m/s → Ρ

1

=mυ=5kg·m/s και Ρ

2

= 15kg·m/s.

iii) Με βάση το προηγούµενο ερώτηµα και το σύστηµα των σωµάτων Σ 1 -Σ 2 τη στιγµή t 1 έχει ολική ορµή Ρ ολ =20kg·m/s, τώρα όµως το ελατήριο µπορεί να αλλάζει µήκος, µε αποτέλεσµα τα σώµατα να µην κι νούνται µε την ίδια ταχύτητα. Έχουµε όµως ξανά:

Ρ

1

2

ολ

→ m

1

υ

1

+m

2

υ

2

= Ρ

ολ

→ υ

1

=

P o

λ −

m 2

υ

2 m 1

=

20

4

3 m / 1 s

=

8 m / s

iv) Μόλις παύει να ασκείται η δύναµη F, το σύστηµα των σωµάτων Σ 1 -Σ 2 είναι µονωµένο, οπότε η ορµή του παραµένει σταθερή. Έτσι µε εφαρµογή της Α.∆.Ο, ανάµεσα στις χρονικές στιγµές t 1 και t 2 παίρνουµε: r

P

ολ

, 1

= r

P

ολ

.

2

→ Ρ

o

λ =

m 1

υ ′

1

+

m 2

υ ′

2

t

1

t

2

υ r

1

υ r

2

r υ ′

2

υ

2

′ = Ρ

o

λ

m 2

=

20 m / 4 s

=

5 m / s

[email protected]

www.ylikonet.gr

2