Pytania przykładowe do egzaminu z Fizyki I (cz.I a)

1. Podaj definicję iloczynu wektorowego i skalarnego wektorów.

(a) Jak określona jest wartość, kierunek i zwrot iloczynu wektorowego?

(b) Jak określona jest wartość iloczynu skalarnego?

(c) Podaj przykład wielkości fizycznych definiowanych przez iloczyny

ILOCZYN WEKTOROWY jest równy iloczynowi wartości, długości obu wektorów wyjściowych pomnożonych przez sinus kąta zawartego między nimi: |C|=|A|*|B|*sin(A,B)

ILOCZYNEM SKALARNYM wektorów u i w nazywamy liczbę równą iloczynowi długości obu wektorów i kosinusa kąta jaki tworzą
 = |
||
|cos
(
,
)

(a) WARTOŚĆ ILOCZYNU WEKTOROWEGO po przez iloczyn, kierunek i zwrot - reguła śruby prawoskrętnej?

(b) WARTOŚĆ ILOCZYNU SKALARNEGO określona jest wzorem?

(c) Moment N*m

2. Na czym polega różnica między wielkością fizyczną wektorową a skalarną?

WIELKOŚĆ FIZYCZNA WEKTOROWA jest podawana jako wektor, a skalarna jako liczba.

3. Narysuj schematycznie wektor wypadkowy a+b oraz a-b

5. Wymień 7 podstawowych jednostek fizycznych układu SI.

DŁUGOŚĆ - metr (m)

MASA - kilogram (kg)

CZAS - sekunda (s)

NATĘŻENIE PRĄDU - amper (A)

TEMPERATURA - kelwin (K)

ŚWIATŁOŚĆ - kandela (cd)

ILOŚĆ MATERII - mol (mol)

6. Podaj definicję wektora prędkości i wektora przyspieszenia dla ruchu prostoliniowego. Narysuj odpowiedni rysunek.

Jeśli w ruchu prostoliniowym V jest stała to a=0, jeśli V wzrasta to a tez wzrasta.

7. W ruchu krzywoliniowym (dowolnym) można określić przyspieszenie za pomocą dwóch składowych: stycznej i normalnej(dośrodkowej) to toru ruchu. Jakie zmiany określają te składowe?

Zmianę kierunku wektora prędkości.

8. Mamy obiekt, który porusza się po okręgu ze stała wartością prędkości liniowej. Jaki to rodzaj ruchu przyspieszony czy jednostajny? Uzasadnij odpowiedź.

Mimo, iż wartość prędkości jest stała, to zmienia się jej kierunek Skoro prędkość jest zmienna, to musi być także przyspieszenie.

9. Podaj różnice miedzy ruchem jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym a ruchem jednostajnym prostoliniowym.

Jak zmienia się droga, prędkość i przyspieszenie w tych ruchach.

Droga w przyspieszonym jest proporcjonalna do kwadratu czasu.

Droga w jednostajnym prostoliniowym rośnie proporcjonalnie do czasu.

Prędkość w przyspieszonym rośnie dwukrotnie podług jednostajnie prostoliniowego.

Prędkość w jednostajnym prostoliniowym jest stała, a przyspieszenie = 0.

14. Sformułuj trzy zasady dynamiki Newtona.

a) Co powoduje, że obiekt doznaje przyspieszenia?

b) Co nazywamy „miarą bezwładności” obiektu?

I - Jeśli siły działające na ciało równoważą się to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

II - Jeśli na ciało działała Fw>0 to ciało porusza się ruchem zmiennym z przyspieszeniem

III - Jeśli na ciało 1 działa ciało 2 to ciało 1 działa na ciało 2 z taką samą siłą, kierunkiem ale o przeciwnym zwrocie. (akcja-reakcja)

a) Obiekt doznaje przyspieszenia kiedy siły działające na obiekt się nie równoważą.

b) Miarą bezwładności jest siła działająca na ciało pozwalająca na zachowanie swego stanu ruchu.

15. Sformułuj II zasadę dynamiki Newtona używając pojęć pędu i impulsu siły.

Takie samo przyspieszenie uzyskamy jeśli przyłożymy dużą siłę w małym okresie czasu, jak małą siłę w dużym odstępie czasu.

16. Na obiekt działa siła F, która zmienia się w czasie jak na wykresie:

najpierw działa szybko ale z dużą intensywnością (1) potem działa wolniej ale z mniejszą intensywnością(2). Pole powierzchni pod linią siły w obu przypadkach jest takie samo. W którym przypadku zmiana pędu obiektu była większa?

Zmiana pędu w obu przypadkach jest taka sama.

17. Sformułuj zasadę zachowania pędu układu cząstek.

Pęd w układzie cząsteczek jest sumą pędów poszczególnych elementów układu.

18. Podaj definicję pracy siły przemieszczającej obiekt i podaj jednostki (użyj sformułowania całkowego)

[J - dżul] Praca siły jest to iloczyn wartości bezwzględnej przesunięcia i miary rzutu tej siły na kierunek tego przesunięcia.

19. Siła tarcia działa w kierunku przeciwnym do ruchu obiektu. Jaką pracę wykonuje ta siła T gdy hamuje obiekt na drodze ∆s.

W=-T*∆s Siły tarcia wykonują ujemną pracę.

20. Podaj definicję mocy i podaj jednostki.

P=U*I [A-amper] P=W*t [W-watt]

Moc jest wielkością fizyczną określającą pracę wykonaną w jednostce czasu przez układ fizyczny.

21. Narysuj poprawnie wszystkie siły działające na klocek o masie m zsuwający się po równi pochyłej nachylonej pod kątek α uwzględniając tarcie.

22. Jakie warunki musi spełnić siła aby nie wykonywać żadnej pracy.

Siła musi być prostopadła do przesunięcia. (cos90=0)

23. Czy siła dośrodkowa, która obecna jest w ruchu obiektu ze stałą wartością prędkości liniowej po okręgu wykonuje pracę mechaniczną? Dlaczego?

Nie, ponieważ Fd nie działą w kierunku poruszania się obiektu.

24. Podaj definicję energii kinetycznej poruszającego się obiektu. Jak definiowana jest energia kinetyczna dla ruchu obrotowego. (użyj odpowiednich wielkości fizycznych jak masa, prędkość, moment bezwładności itp.)

Energia kinetyczna jest to połowa iloczynu masy i prędkości obiektu podniesionej do kwadratu.

Energia kinetyczna ruchu obrotowego jest to połowa iloczyn momentu bezwładności obiektu i prędkośći kątowej podniesionej do kwadratu.

25. Co to są siły zachowawcze i niezachowawcze w przyrodzie? Podaj przykłady takich sił.

SIŁY ZACHOWAWCZE (POTENCJALNE) - praca wykonana

przez te siły nad punktem materialnym poruszającym się po dowolnej drodze zamkniętej jest równa zeru (siły grawitacji, elektromagnetyczne, jądrowe).

SIŁA NIEZACHOWAWCZA - jest to praca wykonana przez tę siłę nad

punktem materialnym poruszającym się po dowolnej drodze zamkniętej nie jest równa zeru (opór powietrza, siły tarcia, lepkości).

26. Jak obliczyć zmianę energii potencjalnej w polu sił zachowawczych? Podaj ogólną zależność.

U - energia potencjalna

27. Sformułuj zasadę zachowania energii mechanicznej.

ENERGIA MECHANICZNA pozostaje stałą jeśli w układzie zachowawczym nie działają siły zewnętrzne lub się one równoważną.

28. Jakie zasady zachowania spełnione są w zderzeniach doskonale sprężystych i niesprężystych.

Sprężyste - energia mechaniczna jest zachowana, pęd układu jest zachowany.

Niesprężyste - energia mechaniczna nie jest zachowana, ale całkowita. Trzeba uwzględnić zmianę energii wewnętrznej, pęd układu jest zachowany.

29. Jaki kierunek i zwrot mają wektory przemieszczenia, prędkości kątowej, przyspieszenia kątowego w ruchu obrotowym.

WEKTOR PRĘDKOŚCI KĄTOWEJ skierowany jest równolegle do chwilowej osi obrotu ciała.

PRZYSPIESZENIE KĄTOWE - jest wektorem leżącym na osi obrotu i skierowanym zgodnie z regułą śruby prawoskrętnej.

KIERUNEK WEKTORA PRZEMIESZCZENIA ma pokrywa się z osią obrotu, a zwrot wektora jest zgodny z regułą śruby prawoskrętnej.

30. Obiekt porusza się ze stałą wartością prędkości liniowej v po okręgu o promieniu R. Z jaką prędkością kątową porusza się obiekt?

31. Zdefiniuj moment siły F działający na obracającą się bryłę. Siła działa w odległości r od osi obrotu pod kątem α w stosunku do promienia r . Określ kierunek i zwrot momentu siły i podaj jednostki.

Moment siły:

MOMENT SIŁY - jest to iloczyn siły i jej ramienia.

Jednostka: [M] = N.m

UMOWA:

M dodatnie, gdy powoduje obrót zgodnie ze wskazówkami zegara,

M ujemne, gdy powoduje obrót przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

32. Zdefiniuj moment pędu L obracającej się bryły. Określ kierunek i zwrot momentu pędu i podaj jednostki.

MOMENT PĘDU - jest to iloczyn momentu bezwładności i prędkości kątowej.

Jednostką jest
Zwrot i kierunek określony jest zgodnie z reguła śruby prawoskrętnej.

33. Zdefiniuj moment bezładności I obracającej się bryły względem pewnej osi obrotu, narysuj rysunek. Czy moment

bezwładności bryły jest niezmienny jak masa obiektu, czy zależy od położenia osi obrotu? Uzasadnij (wskazówka tw. Steiner'a)?

MOMENT BEZWŁĄDNOŚCI - to miara bezwładności ciała w ruchu obrotowym względem określonej, ustalonej osi obrotu. Im większy moment, tym trudniej zmienić ruch obrotowy ciała, np. rozkręcić dane ciało lub zmniejszyć jego prędkość kątową.

Moment bezwładności ciała zależy od wyboru osi obrotu, od kształtu ciała i od rozmieszczenia masy w ciele.

34. Jak policzyć środek masy danego obiektu znając położenie jego punktowych mas składowych?

35. Sformułuj trzy zasady dynamiki Newtona dla ruchu obrotowego brył używając odpowiednich wielkości fizycznych

(moment bezwładności, moment pędu, przyspieszenie kątowe itp...)

36. Sformułuj zasadę zachowania momentu pędu dla układu obracających obiektów. Czy zasada ta jest spełniona gdy na ten układ działają momenty sił zewnętrznych? Uzasadnij odpowiedź korzystając z drugiej zasady dynamiki Newtona dla ruchu obrotowego.

37. Oblicz wypadkowy moment sił. Opisz kierunek i zwrot tego

momentu.

38. Narysuj siły działające na toczącą się bez poślizgu kulkę po równi pochyłej uwzględniając tarcie.

39. Sformułuj prawo powszechnego ciążenia. Czy pole grawitacyjne jest polem sił zachowawczych? Dlaczego?

PRAWO POWSZECHNEGO CIĄŻENIA:

Między dowolną parą ciał posiadających masy pojawia się siła przyciągająca, która działa na linii łączącej ich środki, a jej wartość rośnie z iloczynem ich mas i maleje z kwadratem odległości.

Pole grawitacyjne jest siłą zachowawczą, ponieważ ciało rzucone do góry, przy zaniedbaniu oporu powietrza, wróci z tą samą prędkością i energią kinetyczną.

40. Jak policzyć różnicę energii potencjalnej układu dwóch ciał działających na siebie siłami grawitacyjnymi?

Jak liczymy energię potencjalną układu satelita - Ziemia?

41. Trzy planety m masach m1, m2, m3, położone są względem siebie jak na rysunku. Wyznacz energię potencjalną tego układu planet.

42. Jaką prędkość musi mieć satelita, aby krążyć dookoła Ziemi w promieniu R od jej środka (I prędkość kosmiczna)? Napisz sposób jak wyznacza się tą prędkość.

43. Jaką energię kinetyczną (lub jaką prędkość) musi mieć statek kosmiczny, aby „uciec” z pola grawitacyjnego Ziemi (II prędkość kosmiczna)?

---