plik


ÿþ SNy: Biotechnologia Studenckie Notatki Cyfrowe www.sny.one.pl Fizyka I  wiczenia notatki ze studiów na kierunku Biotechnologia na Wydziale Chemicznym Politechniki WrocBawskiej Autor: Mateusz Jdrzejewski mateusz.jedrzejewski@one.pl www.jedrzejewski.one.pl WrocBaw, 2006 SNy: Biotechnologia Spis tre[ci Informacje o kursie _____________________________________________________3 ZESTAW 1  Wektory ____________________________________________________4 ZESTAW 2  Kinematyka _______________________________________________ 12 ZESTAW 3  Ruch obrotowy ____________________________________________ 18 ZESTAW 4  Dynamika ________________________________________________24 Kolokwium I  Zadania _________________________________________________29 ZESTAW 5  Praca, energia, moc_________________________________________37 ZESTAW 6  Spr\ysto[, pd ___________________________________________45 ZESTAW 7  Dynamika ruchu obrotowego ________________________________50 Kolokwium II  Zadania ________________________________________________56 ZESTAW 8  Ruch drgajcy _____________________________________________ 61 ZESTAW 9  Elektrostatyka _____________________________________________67 ZESTAW 10  Magnetyzm ______________________________________________74 Kolokwium III  Zadania _______________________________________________83 SNy: Biotechnologia Wstp otatka jest cz[ci projektu SNy (Studenckie Notatki N Cyfrowe). Notatki s samodzielnie sporzdzane i opracowywane przez studentów Politechniki. Udostpniane s w Internecie. Ka\dy mo\ne z nich korzysta dowoli w celach edukacyjnych. a konkretna notatka dotyczy kursy FZC1003c, czyli T wiczeD do wykBadów z Fizyki I. Notatka zawiera przykBadowe opracowanie szkiców rozwizaD do zestawów zadaD. Nie s to wic peBne rozwizania do zadaD. Zadania pochodz z list omawianych na wiczeniach oraz z kolokwiów. Szkice bd, w miar mo\liwo[ci, opatrywane dodatkowymi rysunkami i komentarzami. waga na bBdy! Mimo staranno[ci jak wBo\yli autorzy U w opracowanie tej notatki mog zdarzy si bBdy. Ka\dy wic korzysta z tych materiaBów na wBasn odpowiedzialno[. Wszelkie zauwa\one bBdy prosz zgBasza autorowi notatki (najlepiej drog elektroniczn). [ycz wszystkim skutecznego korzystania z notatek. Mateusz Jdrzejewski (autor strony www.sny.one.pl) SzczegóBowe informacje o notatce Nazwa pliku: e-notatka - Fizyka I - cwiczenia.pdf Nazwa kursu: Fizyka I (FZC1003C) Prowadzcy kurs: dr El\bieta Broniek Semestr/rok: 06z (rok 1, I semestr) Kierunek: Biotechnologia WydziaB: WydziaB Chemiczny Uczelnia: Politechnika WrocBawska Autor notatki: Mateusz Jdrzejewski Status: niepeBna Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 3 Utworzona: 29.10.2006 16:40 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Informacje o kursie. Zmodyfikowana: 29.10.2006 16:40 Informacje o kursie Nazwa kursu: Fizyka I  wiczenia Kod kursu: FZC1003C Prowadzcy: dr El\bieta Broniek Konsultacje: czwartki, godziny 11:15-15:00, bud. F-3 pok. 233 (pok. 228), Przebieg zaj: listy zadaD dostpne s na stronie http://ar.ch.pwr.wroc.pl Warunki zaliczenia: zaliczenie (minimum 50% pkt.) wszystkich trzech kolokwiów kolokwium I: 3 listopada 2006 r. kolokwium II: 8 grudnia 2006 r. (ewentualnie 1 grudnia 2006 r.) kolokwium III: 12 stycznia 2007 r. kolokwium poprawkowe (z caBo[ci): 19 stycznia 2007 r. informacje dodatkowe: na kolokwiach mo\na u\ywa kalkulatorów wa\ne: zaliczenie kolokwiów z wiczeD jest warunkiem KONIECZNYM do przystpienia do egzaminu z Fizyki I. Ten egzamin bdzie w formie testowej z ujemnymi punktami za bBdn odpowiedz ( 0,25 pkt.). Przeliczanie ocen na punkty (maksimum to 60 pkt.): od 30 pkt. 3 od 36 pkt. 3,5 od 42 pkt. 4 od 48 pkt. 4,5 od 54 pkt. 5 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 4 Utworzona: 29.10.2006 16:41 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 1  Wektory. Zmodyfikowana: 1.11.2006 19:23 ZESTAW 1  Wektory 6.10.2006 r. SBowniczek kolinearny  równolegBy, ortogonalny  prostopadBy, wektor jednostkowy  wektor o dBugo[ci 1, wersor  wektor jednostkowy równolegBy do jeden z osi ukBad wspóBrzdnych i majcy ten sam zwrot co ona. Dane s dwa wektory r r u = [ux,uy ] v = [vx,vy ] DBugo[ wektora r u = ux2 + uy 2 Kt pomidzy wektorem a dan osi wspóBrzdnych uy ux r r = cos "(u,OX ) = cos "(u,OY ) r r u u Iloczyn skalarny r r r r r r r r u Å"v = u Å" v Å"cos "(u,v) u Å"v = ux Å" vx + uy Å"uy wic: r r r r u Å"v = 0 Ô! u ¥" v Iloczyn wektorowy r r r r r r u ×v = u Å" v Å"sin "(u,v) wic: r r r r u Å"v = 0 Ô! u v zad. 1. Dane: A(-1, 0, 3) , B(0, - 2, 5) , r r r r r Szukane: a = AB , a = ?, "(a,OX ) = ? , "(a,OY ) = ? , "(a,OZ) = ? , r r n = ? (wektor jednostkowy kolinearny do a i o zwrocie przeciwnym), v a = [0 - (-1), - 2 - 0, 5 - 3]= [1, - 2, 2] v a = 12 + (-2)2 + 22 = 9 = 3 = a ax r r ax = cos "(a,OX ) Ò! "(a,OX ) = ar cos a a r ax 1 "(a,OX ) = ar cos = ar cos H" 70,5° a 3 ay r - 2 "(a,OY ) = ar cos = ar cos H" 131,8° a 3 r az 2 "(a,OZ) = ar cos = ar cos H" 48,2° a 3 r r wektor m (jednostkowy i kolinearny) do wektora a Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 5 Utworzona: 29.10.2006 16:41 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 1  Wektory. Zmodyfikowana: 1.11.2006 19:23 r îø r a ax ay az ùø m = = , , r ïø úø a a a a ðø ûø r 1 - 2 2 îø ùø 1 2 2 m = , , = [ , - , ] 3 3 3 ïø3 3 3úø ðø ûø r r wektor n jest przeciwny do wektor m r r n = -m r 1 2 2 1 2 2 n = -[ , - , ]= [- , , - ] 3 3 3 3 3 3 zad. 2. Dane: & r Szukane: a = ? , x1 = 0 km ñø òø = -3,5 km óøy2 1 ñø 2 ôøx = 8,2 km Å" H" 5,8 km 2 òø ôøy2 = 8,2 km Å" 12 H" 5,8 km óø x1 = ñø -15 km òø = 0 km óøy2 r 2 2 a = (0 + 5,8 -15) + (- 3,5 + 5,8 + 0) H" 9,48 km zad. 3. Dane: r1 = 150 cm , ±1 = 120° , rw = 140 cm , ±w = 35° , r Szukane: r2 = ? , r r r rw = r1 + r2 r r r r2 = rw - r1 = [rw cos±w, rw sin±w]-[r1 cos±1, r1 sin±1] r r2 = [140cos35° -150cos120°, 140sin 35° -150sin120°]H" [189,7; - 49,6] Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 6 Utworzona: 29.10.2006 16:41 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 1  Wektory. Zmodyfikowana: 1.11.2006 19:23 zad. 4. r r Dane: a = (3,-4,4), b = (2,3,-7), r r r r Szukane: c = ? , d = ? , "(c, d) r r r c = a + b = [3 + 2,-4 + 3,4 - 7]= [5,-1,-3] r r r d = 2a - b = [2 Å" 3 - 2,2 Å" (-4) - 3,2 Å" 4 + 7]= [4, -11, 15] r r r r r r c o d = c Å" d Å"cos "(c,d) r r r cx Å" dx + cy Å" dy + cz Å" dz r c o d cos "(c, d)= r = r r r c Å" d c Å" d r c = cx 2 + cy 2 + cz 2 = 52 + (-1)2 + (-3)2 H" 5,92 r d = dx2 + dy 2 + dz 2 = 42 + (-11)2 +152 H" 19,03 r cx Å" dx + cy Å" dy + cz Å" dz r "(c, d)= arccos r r c Å" d r r 5Å" 4 + (-1)Å"(-11) + (-3) Å"15 "(c, d)H" arccos 5,92Å"19,03 r r -14 "(c, d)H" arccos H" 97,1° 112,66 zad. 5. r r r r Dane: F1 = 5 , F2 = 8, "(F1, F2)= 120° r Szukane: Fw = ? , niech punkt P bdzie w (0,0) , r niech wektor F1 bdzie kolinearny o osi OX , a jego zwrot zgodny z t osi. r r r Fw = F1 + F2 = [F1 + F2 cos120°, F2 sin120°]H" [1; 6,93] r Fw = Fw = Fw x 2 + Fw y 2 H" 12 + 6,932 H" 7 zad. 6. r r r Dane: a(1,-1), b(4,3), c(-10,-11), Szukane: x , y , r r r c = x Å" a + y Å"b cx = x Å" ax + y Å"bx ñø òøc = y Å" ay + y Å"by y óø ñø-10 = x + 4y òø-11 = -x + 3y óø - 21 = 7y Ò! y = -3 x = 3y +11 Ò! x = -3Å"3 +11 = 2 r r r c = 2a + 3b Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 7 Utworzona: 29.10.2006 16:41 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 1  Wektory. Zmodyfikowana: 1.11.2006 19:23 zad. 7. r r Dane: a , b , r r Szukane: "(a,b)= ? , r Wektor a le\y na dwusiecznej kta midzy osiami OX i OY , wic jego posta r mo\e by nastpujca: a = [1,1,0]. r Wektor b le\y na dwusiecznej kta midzy osiami OY i OZ , wic jego posta r mo\e by nastpujca: b = [0,1,1]. r r r r r r a o b = a Å" b Å"cos "(a,b) r a = 12 +12 + 02 = 2 r b = 02 +12 +12 = 2 r r r r a o b 1Å"0 +1Å"1+ 0Å"1 1 "(a,b)= arccos = arccos = arccos = 60° r r 2 2 Å" 2 a Å" b zad. 8. r r Dane: a(2,1,1), b(1,-1,2), r r Szukane: ab = ? , a¥"b = ? , r a = 22 +12 +12 = 6 r b = 12 + (-1)2 + 22 = 6 r r r ab = ab Å" nb r r b îø 1 1 2 ùø nb = r = ,- , ïø úø 6 6 6 b ðø ûø r r r ab r r r r = cos "(a,b) Ò! ab = a Å"cos "(a,b) r a r r r r r r r r r r a o b a o b = a Å" b Å" cos "(a,b) Ò! cos "(a,b)= r r a Å" b r r r axbx + ayby + azbz r r r r r a o b r r ab = a Å"cos "(a,b)Å" nb = a Å" r Å" nb = r Å" nb r a Å" b b r 2Å"1+1Å"(-1) +1Å" 2 r 3 îø 1 1 2 ùø 1 1 ab = Å" nb = Å" ,- , = [ , - ,1] 2 2 ïø úø 6 6 6 6 6 ðø ûø r 1 1 ab = [ , - ,1] 2 2 r 2 2 6 1 1 ab = ( ) + (- ) +12 = 2 2 2 2 2 r r r r r r 2 2 6 3 2 a¥"b = a - ab Ò! a¥"b = a - ab = 6 -( ) = 2 2 r r r r 3 2 a¥"b = a¥"b Å" n¥"b = Å" n¥"b 2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 8 Utworzona: 29.10.2006 16:41 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 1  Wektory. Zmodyfikowana: 1.11.2006 19:23 r wiem, \e wektor n¥"b = [x, y, z] speBnia nastpujce warunki: r r r r r r ñøn¥"b o b = n¥"b Å" b Å"cos "(n¥"b,ab) ôør r r r r r ôøn o a = n¥"b Å" a Å"cos "(n¥"b,a) òø ¥"b r ôø n¥"b = 1 ôø óø r r "(n¥"b,ab) = 90° Ò! cos90° = 0 r ab 26 r r 1 r r cos "(a,ab) = = = Ò! "(a,ab) = 60° r a 2 6 r r r r r r "(n¥"b,a) = "(n¥"b,ab) - "(a,ab) r r 3 "(n¥"b,a) = 90° - 60° = 30° Ò! cos30° = 2 r r r r r r ñøn¥"b o b = n¥"b Å" b Å"cos90° ñøn¥"b o b = 0 ôør r r r r ôøn o a = n¥"b Å" a Å"cos30° Ò! ôør o a = 1Å" 6 Å" 3 ôøn òø òø ¥"b ¥"b 2 r ôø ôøx + y2 + z2 = 12 2 n¥"b = 1 ôø ôø óø óø x Å"bx + y Å"by + z Å"bz = 0 ñø x ñø - y + 2z = 0 ôø ôø òøx Å" ax + y Å"ay + z Å" az = 3 2 Ò! òø2x + y + z = 3 2 2 2 ôø ôøx + y2 + z2 = 1 2 2 óø óøx + y2 + z2 = 1 2z = y ñø - x 2z = y 2z = y ñø - x ñø - x ôø ôø ôø òø4x + 2y + 2z = 3 2 Ò! òø4x + 2y + y - x = 3 2 Ò! òø3x + 3y = 3 2 ôøx + y2 + z2 = 1 ôøx + y2 + z2 = 1 ôøx + y2 + z2 = 1 2 2 2 óø óø óø 2 ñøy = 2 - y + 2z ñø - y = x + 2z z = y ñø 2 ôø ôø ôøx = 2 - y Ò! ôø = 2 - y ôøx òøx = 2 - y Ò! òø òø ôøx + y2 + z2 = 1 ôøx + y2 + z2 = 1 ôøx + y2 + z2 = 1 2 2 2 ôø ôø óø óø óø 2 2 ñø - z = y ñø - z = y 2 2 ôø ôø ôøx = 2 - y ôøx Ò! = 2 - y òø òø ôø ôø2 - 2 2y + y2 + y2 + y2 - y 2 + 1 = 1 2 2 2 ôø( 2 - y) + y2 +(y - ) = 1 ôø 2 óø 2 óø 1 2 - 2 2y + y2 + y2 + y2 - y 2 + = 1 2 3 2 3y2 - 3 2y + = 0 /Å" 2 3 2y2 - 2 2y +1 = 0 " = 8 - 8 = 0 -2 2 2 y = - = 4 2 2 ñø - z = y z = 0 ñø 2 ôø ôø r ôøx = 2 - y Ò! = 2 Ò! n¥"b = 2 , 2 , 0] [ òø òøx 2 2 2 ôøy = 2 ôøy = 2 ôø 2 óø 2 óø r r r r 3 2 2 2 3 3 a¥"b = a¥"b Å" n¥"b Ò! a¥"b = Å"[ , , 0]= [ , , 0] 2 2 2 2 2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 9 Utworzona: 29.10.2006 16:41 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 1  Wektory. Zmodyfikowana: 1.11.2006 19:23 zad. 9. Dane: A(2,0) , B(1,3) , C(-5,1) , r Szukane: n = ? , r a = BA = [2 -1,0 - 3]= [1,-3] a = 12 + (-3)2 = 10 r b = BC = [- 5 -1,1- 3]= [- 6,-2] b = (-6)2 + (-2)2 = 2 10 r n = [nx,ny] r r r r cos± = cos "(n,a) = cos "(n,b) r r r r ñøn o a n o b = ôø n Å" a n Å"b òø r ôø n = n = 1 óø nx Å"ax + ny Å" ay nx Å"bx + ny Å"by ñø = ôø 1Å" a 1Å"b òø ôø nx2 + ny 2 = 1 óø nx Å"1+ ny Å"(-3) nx Å"(-6) + ny Å"(-2) ñø = ôø 1Å" 10 1Å" 2 10 òø ôøn 2 + ny 2 = 1 x óø (nx ñø - 3ny)= -6nx - 2ny ôø2 òø 2 2 ôø óønx + ny = 1 ñø y ôøn = 2nx òø 2 2 ôø (2nx) = 1 + óønx ñø y ôøn = 2nx Ò! ñø = 2nx Ò! ñøny = ±2 1 ôøny ôø 5 òø òø òø 2 1 1 ôø = 1 ôø ôø óø5nx 5 óønx = ± 5 óønx = ± r 1 1 n = [- , - 2 ]H" [- 0,447; - 0,894] 5 5 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 10 Utworzona: 29.10.2006 16:41 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 1  Wektory. Zmodyfikowana: 1.11.2006 19:23 zad. 10. r Dane: a = (3,6,8), r Szukane: n = ? , r r r r n ¥" a Ô! n o a = 0 r r r n ¥" OX Ô! n ¥" î Ô! n o iÆ = 0 î = [1,0,0] r ñø n = 1 ôør r òøn o a = 0 r ôøn o î = 0 óø ñø nx 2 +ny 2+nz 2 = 1 ôø ôø òøn Å" ax + ny Å" ay + nz Å" az = 0 x ôøn Å"1+ ny Å"0 + nz Å"0 = 0 x ôø óø ñø nx 2 +ny 2+nz 2 = 1 2 2 2 2 ñø ñø +nz = 1 +nz = 1 ôø ôøny ôøny Ò! òø3n + 6ny + 8nz = 0 Ò! òø òø x 4 ôø ôøn = 0 óø6ny + 8nz = 0 ôø = - 3 nz óøny x óø 4 9 ñø ñø ñø (- nz )2+nz 2= 1 nz 2 = nz = ±0,6 3 25 ôø ôø ôø Ò! = - nz Ò! = m0,8 òøn = - 4 nz òøn 4 òøn y 3 y 3 y ôøn = 0 ôøn = 0 ôøn = 0 óø x óø x óø x r r n = [0; - 0,8; 0,6] lub n = [0; 0,8; - 0,6] zad. 11. r r r Dane: a = (1,2,1), b = (2,-1,2), c = 2 , r Szukane: c = ? , r r r c = c Å" n r r r r r r c ¥" a Ô! n ¥" a Ô! n o a = 0 r r r r n ¥" b Ô! n o b = 0 r ñø n = 1 ôør r òøn o a = 0 r r ôøn o b = 0 óø Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 11 Utworzona: 29.10.2006 16:41 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 1  Wektory. Zmodyfikowana: 1.11.2006 19:23 ñø nx 2+ny 2+nz 2 = 1 ôø ôøn Å" ax + ny Å"ay + nz Å" az = 0 òø x ôøn Å"bx + ny Å"by + nz Å"bz = 0 x ôø óø ñø ñø nx 2 +ny 2+nz 2 = 1 nx 2 +ny 2 +nz 2 = 1 ñø nx 2 +nz 2 = 1 ôø ôø ôø Ò! = -nz òø1Å"n + 2Å" ny +1Å" nz = 0 Ò! òøn = -2Å"ny - nz òøn x x x ôø2Å" nx -1Å" ny + 2Å" nz = 0 ôø- 4Å"ny - 2Å" nz - ny + 2Å" nz = 0 ôøn = 0 y óø óø óø 1 2 ñø nz = ± ñø (- nz ) +nz 2 = 1 2 ôø ôø Ò! = m òøn = -nz òøn 12 x x ôøn = 0 ôøn = 0 y óø y óø r 1 1 n = [± , 0, m ] 2 2 r r v v v c = c Å" n Ò! c = [1,0,-1] lub c = [-1,0,1] zad. 12. a) r r Dane: a = (1,2,3), b = (0,-2,5), Szukane: P = ? (pole równolegBoboku), 2 2 2 r ay az ax ay az ax r P = a ×b = + + by bz bx by bz bx 2 2 2 P = (aybz - azby) + (azbx - axbz ) +(axby - aybx) 2 2 2 2 2 P = (2Å"5 - 3Å" (-2)) + (3Å"0 -1Å"5) + (1Å"(-2) - 3Å"0) = 162 +(- 5) + (- 2) = 285 b) Dane: A(1,-1,3) , B(0,2,-3) , C(2,2,1) , Szukane: P = ? (pole trójkta), r a = AB = [0 -1,2 - (-1),-3 - 3]= [-1,3,-6] r b = AC = [2 -1,2 - (-1),1- 3]= [1,3,-2] r r 2 2 2 1 1 P = a ×b = (aybz - azby) + (azbx - axbz ) +(axby - aybx) 2 2 2 2 2 1 P = (3Å"(-2) - (-6) Å"3) +(- 6Å"1- (-1)Å"(-2)) + (-1Å"3 - 3Å"1) 2 2 2 1 1 1 244 P = 122 + (- 8) + (- 6) = 244 = 244 = = 61 2 2 4 4 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 12 Utworzona: 29.10.2006 16:43 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 2  Kinematyka. Zmodyfikowana: 29.10.2006 16:43 ZESTAW 2  Kinematyka 13.10.2006 r. Przyspieszenie r a  wektor przyspieszenie caBkowitego, a  warto[ przyspieszenia caBkowitego, r an  warto[ przyspieszenia normalnego (prostopadBego do v ), r as  warto[ przyspieszenia stycznego (równolegBego do v ), r r r a = an + as a2 = an2 + as 2 v2 an = R  promieD krzywizny toru, R to przyspieszenie wpBywa na zmian kierunku prdko[ci, dv as = dv  prdko[ chwilowa, dt to przyspieszenie wpBywa na zmian warto[ci prdko[ci, zad. 1. Dane: x(t) = 2 + 3t - 4t2 , Szukane: tz = ? (czas zawracania) , a = ? , v(x(t = 0)) = ? , x(t) = 2 + 3t - 4t2 dx v(t) = = 3 -8t bo (axn)2 = anxn-1 dt dv a(t) = = -8 dt wic jest to ruch jednostajnie opózniony 3 v(tz ) = 0 Ò! 3 -8tz = 0 Ò! tz = [s] 8 2 3 3 x(tz) = 2 + 3Å" - 4Å"( ) H" 2,56 [m] 8 8 x(t = 0) = 2 3 2 = 2 + 3t - 4t2 Ò! 0 = t(3 - 4t) Ò! t = 0 [s] (" t = [s] 4 3 3 v(t = ) = 3 -8Å" = -3 [m] 4 4 s zad. 2. Dane: v(t) = 40 - 5t2 , Szukane: a[r = ? (w przedziale 0-2 sek.), a(t = 2) = ? , v(t) = 40 - 5t2 dv a(t) = = -10t dt a(t = 0) = 0 a(t = 2) = -20 a(t = 0) + a(t = 2) 0 - 20 a[r = = = -10 2 2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 13 Utworzona: 29.10.2006 16:43 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 2  Kinematyka. Zmodyfikowana: 29.10.2006 16:43 zad. 3. m m Dane: H = 50 m , v0= 20 , tD = 5 s , g = 9,81 s s2 Szukane: tB = ? , y(tB) = ? , tC = ? , v(tC ) = ? , v(tD) = ? , x(tD) = ? , tE = ? (czas caBkowity), v(tE ) = ? , 1 y(t) = y0 + v0t - gt2 2 vy (t) = v0 - gt a) v0 20 vy (tB ) = 0 Ò! 0 = v0 - gtB Ò! tB = H" H" 2,04 s g 9,81 b) 1 y(tB) = v0tB - gt2 2 2 ëø öø v0 1 v0 v02 v02 v02 y(tB) = v0 - gìø ÷ø = - = 2 ìø ÷ø g g g 2g 2g íø øø v02 202 y(tB) = H" = 20,4 m 2g 2 Å" 9,81 c) y(tC = 0) = 0 1 v0tC - gtC 2 = 0 2 1 tC(v0 - gtC ) = 0 2 2v0 2Å" 20 tC = 0 (" tC = H" H" 4,08 s g 9,81 m v(tC ) = v0 - gtC H" 20 - 9,81Å" 4,08 = -20 s d) 1 y(tD ) = v0tD - gtD2 2 1 y(tD ) H" 20 Å"5 - Å"9,81Å"52 H" -22,6 m 2 v(tD ) = v0 - gtD m v(tD ) H" 20 - 9,81Å"5 = -29 s e) y(tE ) = -H = -50 m 1 - H = v0tE - gtE 2 2 gtE 2 - 2v0tE - 2H = 0 " = 4v02 + 8gH " = 2 v02 + 2gH 2v0 + 2 v02 + 2gH v0 + v02 + 2gH tE > 0 Ò! tE = = 2g g 20 + 202 + 2Å"9,81Å"50 20 + 37,16 tE H" H" H" 5,83 s 9,81 9,81 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 14 Utworzona: 29.10.2006 16:43 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 2  Kinematyka. Zmodyfikowana: 29.10.2006 16:43 f) vy (tE ) = v0 - gtE v0 + v02 + 2gH vy (tE ) = v0 - g Å" g vy (tE ) = v0 - v0 - v02 + 2gH vy (tE ) = - v02 + 2gH m vy (tE ) H" - 202 + 2Å"9,81Å"50 H" -37,2 s zad. 4. r Dane: r(18t, 4t - 4,9t2), Szukane: v0 = ? , ± = ? , v(t = 2) = ? , vH = ? (prdko[ w najwy\szym punkcie toru), rx = x(t) = 18t ry = y(t) = 4t - 4,9t2 x(t) = vx t 0 vx = vx = const. 0 dx vx(t = 0) = vx = = 18 [m] s 0 dt vy (t) = vy - gt 0 dy vy (t = 0) = vy = = 4 - 9,8t = 4 [m] s 0 dt r v = [vx , vy ] 0 0 v0 = vx 2 + vy 2 = 182 + 42 = 18,4 [m] s 0 0 vx = v0 cos± 0 vy = v0 sin± 0 vy vy 4 0 0 tg ± = Ò! ± = arctg = arctg H" 12,5° vx vx 18 0 0 w najwy\szym punkcie toru vy = 0 r vH = [vx,vy ] = [vx ,0] = [18,0] 0 vH = 182 + 02 = 18 [m] s t = 2 s r v = [vx, vy ] = [18; 4 - 9,8t] = [18; 4 - 9,8Å" 2] = [18; -15,6] v = 182 + (-15,6)2 H" 23,8 [m] s Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 15 Utworzona: 29.10.2006 16:43 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 2  Kinematyka. Zmodyfikowana: 29.10.2006 16:43 zad. 5. m Dane: ± = 30° , v0 = 20 [m], H = 45 m , g = 9,81[s ] 2 s Szukane: tc = ? , vk = ?, as = ? (w chwili t = 0,5 s ), z = ? (zasig  odlegBo[ z poziomie przebyta przez kamieD), a) vy = v0 sin± = 20sin 30° = 10 [m] s 0 vx = vx = v0 cos± = 20cos30° H" 17,32 [m] s 0 1 y = H + vy tc - gtc 2 2 0 0 = 45 +10tc - 4,905tc 2 " = 100 + 882,9 = 988,2 " H" 31,35 10 + 31,35 tc > 0 Ò! tc = H" 4,21 s 2Å" 4,905 b) vx = const. H" 17,32 vy = vy - gtc 0 vy H" 10 - 9,81Å" 4,21 H" -31,3 vk = vx2 + vy 2 H" 17,322 + (-31,3)2 H" 35,8 [m] s c) m vx = const. H" 17,32 s z = vxtc z H" 17,32 Å" 4,21 H" 73 m d) dv as = dt v = vx 2 + vy 2 = vx 2 + (vy - gt)2 0 0 d vx 2 + (vy - gt)2 2(vy - gt) Å" g g Å" (vy - gt) 0 0 0 0 as = = = dt 2 vx 2 + (vy - gt)2 vx 2 + (vy - gt)2 0 0 0 0 1 bo ( x)2 = {f [g(x)]}2 = f '[g(x)]Å" g'(x) 2 x t = 0,5 9,81Å"(10 - 9,81t) 9,81Å"(10 - 9,81Å"0,5) 49,98 m as (t) = = = H" 2,77 [s ] 2 17,322 + (10 - 9,81t)2 17,322 + (10 - 9,81Å"0,5)2 18,05 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 16 Utworzona: 29.10.2006 16:43 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 2  Kinematyka. Zmodyfikowana: 29.10.2006 16:43 zad. 6. m Dane: v0 = 7,55 [m], t = 0,5 s , g = 9,81[s ] 2 s Szukane: v = ? , as = ? , an = ? , vx = v0 = const. x(t) = v0 Å"t vy (t) = -gt 1 y(t) = - gt2 2 dv as = dt v = vx 2 + vy 2 = v02 + (-gt)2 = v02 + g2t2 d v02 + g2t2 vy 2g2t gt as = = = g = g dt 2 v02 + g2t2 v02 + g2t2 v 1 bo ( x)2 = {f [g(x)]}2 = f '[g(x)]Å" g'(x) 2 x t = 0,5 g2t 9,812 Å"0,5 48,118 m as (t) = H" = H" 5,34 [s ] 2 7,552 + 9,812 Å" 0,52 9,003 v02 + g2t2 an2 = g2 - as 2 2 vy 2 g2v2 - g2vy 2 g g an = g2 - as2 = g2 - g2 = = v2 - vy 2 = vx 2 + vy 2 - vy 2 v2 v2 v v g g v0 an = vx 2 + vy 2 - vy 2 = vx2 = g v v v v0 9,81Å"7,55 74,0655 m an(t) = g H" H" H" 8,23 [s ] 2 7,552 + 9,8120,52 9,0034 v02 + g2t2 zad. 7. Dane: R = 3,64 m v = 17,4 [m] , ± = 22° , s Szukane: ac = ? , as = ? ac2 = an2 + as 2 v2 17,42 an = = H" 83,176 R 3,64 r r r ± = "(ac, R) a" "(ac, an) as m tg ± = Ò! as = an Å" tg ± Ò! as H" 83,176Å"0,404 H" 33,6 [s ] 2 an m ac = an2 + as2 H" 83,1762 + 33,62 H" 89,7 [s ] 2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 17 Utworzona: 29.10.2006 16:43 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 2  Kinematyka. Zmodyfikowana: 29.10.2006 16:43 zad. 8. m Dane: R = 0,2 m as = 0,05 , ± = 22° , s2 Szukane: as = an Ò! t1 = ? , 2as = an Ò! t2 = ? , a) an = as v2 an = Ò! v = an Å" R R an Å" R v v = as Å" t Ò! t = = as as an Å" R as Å" R R 0,2 t1 = = = = = 2 s as as as 0,05 b) 1 an = 2as Ò! as = an 2 an Å" R 2as Å" R 2R 2Å"0,2 t2 = = = = H" 2,83 s as as as 0,05 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 18 Utworzona: 29.10.2006 16:44 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 3  Ruch obrotowy. Zmodyfikowana: 1.11.2006 18:40 ZESTAW 3  Ruch obrotowy 20.10.2006 r. Porównanie wzorów w ruchu obrotowym i postpowym ruch obrotowy ruch postpowy R  promieD S  dBugo[ Buk S x  poBo\enie, Õ  kt Õ = [rad] ( s  droga) R dÕ rad dx m îø ùø îø ùø É  prdko[ ktowa É = v = v  prdko[ ïø úø ïø úø dt s dt s ðø ûø ðø ûø v = É Å" R dÉ rad dv m µ  przyspieszenie îø ùø as  przyspieszenie îø ùø µ = as = 2 ïø ïøs úø ktowe dt s2 úø styczne dt ðø ûø ðø ûø as = µ Å" R an  przyspieszenie v2 m îø ùø ad = 2 ïøs úø normalne (do[rodkowe) R ðø ûø ad = É2 Å" R = É Å"v dla ruchu jednostajnie zmiennego 1 1 Õ = Õ0 + É0t + µt2 x = x0 + x0t + at2 2 2 É = É0 + µt v = v0 + at zad. 1. r r Dane: t = 4 s , "(as,v) = 58° = ± , Szukane: µ = ? , Dla ruchu jednostajnie zmiennego prawdziwe jest: É = µt v2 2 2 ad = = É2R = (µt) R = µ t2R R as = µR 2 ad µ t2R tg ± îø ùø rad tg ± = = = µt2 Ò! µ = as µR t2 ïø s2 úø ðø ûø tg 58° 1,6 rad îø ùø µ = H" = 0,1 ïø úø 42 16 s2 ðø ûø Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 19 Utworzona: 29.10.2006 16:44 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 3  Ruch obrotowy. Zmodyfikowana: 1.11.2006 18:40 zad. 2. Dane: R = 20 cm = 0,2 m , ¸(t) = 3 - t + 0,1t3 [rad](t w sek.), t = 10 s , Szukane: as = ? , an = ? , d¸ É = = 0,3t2 -1 bo (a Å" xn)2 = a Å" nÅ" xn-1 czyli (3 - t1 + 0,1t3)2 = 1Å"30 -1Å"t0 + 0,1Å"3Å"t2 dt dÉ µ = = 0,6t bo (a Å" xn)2 = a Å" nÅ" xn-1 czyli (0,3t2 -1)2 = 0,3Å" 2Å"t1 -1Å"10 dt µ(t) = 0,6t µ(t = 10) = 0,6Å"10 = 6 m îø ùø as = µR = 6Å"0,2 = 1,2 2 ïøs úø ðø ûø 2 2 m îø ùø ad = É2R = (0,3t2 -1) R = (0,3Å"102 -1) Å"0,2 = 168,2 2 ïøs úø ðø ûø Przyspieszenia dla punktów le\cych, np. w poBowie promienia liczy si tak samo. 1 2 R = R = 0,1 m 2 2 2 2 2 2 2 as(R ) = 6Å" R ad (R ) = (0,3Å"102 -1) Å" R = 841Å" R m m îø ùø îø ùø 2 2 as(R ) = 6Å"0,1 = 0,6 ad (R ) = 841Å"0,1 = 84,1 2 2 ïøs úø ïøs úø ðø ûø ðø ûø zad. 3. m m Dane: v1 = 3 , v2 = 2 , "R = 10 cm = 0,1 m s s Szukane: n = ? ( n  prdko[ obrotowa), 2  1 É É = = = 2 n Ò! n = T f 2  v É = = const. Ò! É1 = É2 R v1 v1 v1 É1 = Ò! R = Ò! R = R É1 É v2 v2 v2 v1 É2 = Ò! É = Ò! É = Ò! Éëø - "Röø = v2 ìø ÷ø v1 R - "R R - "R É íø øø - "R É v1 v1 - v2 3 - 2 rad îø ùø É -É"R = v2 Ò! É = = = 10 ïø úø É "R 0,1 s ðø ûø É 10 obr. îø ùø n = = H" 1,59 ïø úø 2  2  s ðø ûø Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 20 Utworzona: 29.10.2006 16:44 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 3  Ruch obrotowy. Zmodyfikowana: 1.11.2006 18:40 zad. 4. Dane: µ = 3,5 [rad], t = 0 s Ò! É0 = 2 [rad], s s2 Szukane: Õ(t = 2 s) = ? , É(t = 2 s) = ? , "Õ = ? , 1 Õ = Õ0 +É0t + µt2 É = É0 + µt 2 3,5 Õ(t) = 2t + t2 É(t) = 2 + 3,5t 2 rad 3,5 É(2) = 2 + 3,5Å" 2 = 9 [ ] Õ(2) = 2Å" 2 + Å" 22 = 11[rad] s 2 "Õ = Õ(3)-Õ(2) 3,5 Õ(3) = 2Å"3 + Å"32 = 21,75 [rad] 2 Õ(2) = 11[rad] "Õ = Õ(3)-Õ(2) = 21,75 -11 = 10,75 [rad] zad. 5. Dane: t = 3 s , h = 1,5 m , R = 4 cm = 0,04 m , Szukane: µ = ? , 1 Dla ruchu jednostajnie zmiennego prawdziwe jest: x = x0 + v0t + at2 2 Wiadomo, \e v0 = 0 oraz zaBó\my, \e x0 = 0 wtedy: 1 h = at2 bo x = h 2 2h a = t2 Przyspieszenie styczne obracajcego si kr\ka jest równe przyspieszeniu spadajcego maBego odwa\nika bo ten dwa ciaBa t poBczone lekk nierozcigliw nici. as = a a = µ Å" R 2h as = t2 as 2h 2Å"1,5 rad îø ùø µ = = = = 8,33 ïø úø R Rt2 0,04Å"32 s2 ðø ûø zad. 6. m Dane: R = 0,1 m , N = 5 Ò! v1 = 0,1 , t2 = 20 s , s Szukane: an = ? , Õ = 2 N 1 1 Õ = É0 + µt2 = µt2 2 2 4 N 1 2 N = µt12 Ò! µ = 2 t12 v = as Å"t v1 v1 = as Å"t1 Ò! t1 = as Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 21 Utworzona: 29.10.2006 16:44 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 3  Ruch obrotowy. Zmodyfikowana: 1.11.2006 18:40 4 N as 2 v12 as = µ Å" R = R = 4 RN Ò! as = 4 RN t12 v12 v2 = as Å"t2 v22 as 2 Å"t22 t22 v14 t22 v14 Å"t22 an = = = as 2 Å" = Å" = 2 2 R R R 16 R2N R 16 R3N v14 Å"t22 0,14 Å" 202 0,04 m an = = H" H" 0,01[s ] 2 2 16  Å" R3 Å" N 16  Å"0,13 Å"52 3,95 zad. 7. rad Dane: É0 = 1,44 , N = 42,3 Ò! É = 0 , µ = const. µ < 0 , s Szukane: tz = ? (czas zatrzymania), µ = ? (opóznienie ktowe), t1 = ? (czas wykonania pierwszej poBowy obrotów) ruch obrotowy jednostajnie opózniony, wic: É = É0 - µt É0 0 = É0 - µtz Ò! µ = tz 1 Õ = É0t - µt 2 É0 4 N 1 2 N = É0tz - tz 2 Ò! 4 N = tz(2É0 -É0) Ò! tz = 2 tz É0 4 N 4  Å" 42,3 tz = = H" 369 [s] É0 1,44 É0 É0 É02 1,442 rad µ = = É0 = = H" 0,0039 [ ] s2 tz 4 N 4 N 4  Å" 42,3 1 1 ¸ = Õ = 2 N =  N 2 2 É0 -É1 É1 = É0 - µt1 Ò! t1 = µ 1 ¸ = É0t1 - µt12 2 2 É0 -É1 1 É0 -É1 ëø öø  N = É0 - µ ìø ÷ø 2 µ µ íø øø É02 -É0É1 É02 - 2É0É1 + É12  N = 2 - µ µ µ 2 N = 2É02 - 2É0É1 -É02 + 2É0É1 -É12 µ 2 N = É02 -É12 Ò! É1 = É02 - 2 Nµ = 1,442 - 2  Å" 42,3Å"0,0039 H" 1,018 [rad] s É0 -É1 É0 -É1 1,44 -1,018 t1 = = = H" 108 [s] µ µ 0,0039 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 22 Utworzona: 29.10.2006 16:44 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 3  Ruch obrotowy. Zmodyfikowana: 1.11.2006 18:40 zad. 8. obr obr Dane: N = 42,3 , n1 = 240 , n2 = 360 , µ = const. µ > 0 , min. min. Szukane: µ = ? (przyspieszenie ktowe), Õ = 2 N obr 1 obr obr obr 1 obr obr n1 = 240 = 240 = 4 n1 = 360 = 360 = 6 min. 60 s s min. 60 s s É1 = 2 n1 É2 = 2 n2 É = É0 + µt É2 -É1 É2 = É1 + µt Ò! t = µ 1 Õ = É1t + µt2 2 2 É2 -É1 1 (É2 -É1) Õ = É1 + µ 2 2 µ µ É1É2 -É12 É22 - 2É1É2 + É12 2Õ = 2 + µ µ 2Õµ = 2É1É2 - 2É12 +É22 - 2É1É2 +É12 2 2 É22 -É12 (2 n2) - (2 n1) 4 2(n22 - n12) µ = = = 2Õ 4 N 4 N     µ = (n22 - n12)= (62 - 42)H" 1,26 [rad] s N 50 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 23 Utworzona: 29.10.2006 16:44 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 3  Ruch obrotowy. Zmodyfikowana: 1.11.2006 18:40 Dodatkowe zagadnienia: a) CiaBo przebyBo poBow drogi ze staB prdko[ci v1 oraz drug poBow ze staB prdko[ci v2 . Wyznacz [redni prdko[ tego ciaBa. s sc v = v[r = t tc sc = s1 + s2 = 2s tc = t1 + t2 s s t1 = t2 = v1 v2 sc s1 + s2 2s 2s 2v1v2 v[r = = = = = tc t1 + t2 s + s s(v1 + v2) v1 + v2 v1 v2 v1v2 2v1v2 v[r = v1 + v2 b) CiaBo przez poBow czasu poruszaBo si ze staB prdko[ci v1 oraz drug poBow ze staB prdko[ci v2 . Wyznacz [redni prdko[ tego ciaBa. s sc v = v[r = t tc sc = s1 + s2 tc = t1 + t2 = 2t Ò! t = t1 = t2 s1 = v1t1 s2 = v2t2 sc s1 + s2 v1t1 + v2t2 t(v1 + v2) v1 + v2 v[r = = = = = tc 2t 2t 2t 2 v1 + v2 v[r = 2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 24 Utworzona: 29.10.2006 16:48 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 4  Dynamika. Zmodyfikowana: 2.11.2006 21:35 ZESTAW 4  Dynamika 27.10.2006 r. Najwa\niejsze wzory tego dziaBu r r Fw a = m Q = m Å" g T = Fn Å" f dla równi pochyBej o pochyBo[ci ± : Q¥" = Q Å"cos± Q = Q Å"sin± zad. 1. Dane: F1 = 5 N , F2 = 8 N , m = 0,3 kg , r r "(F1, OX ) = 60° , "(OX , F2) = 20° , r r Szukane: a = ? , "(a,OX ) = ? , F3 = ? , r r Fw a = mr r r Fw = F1 + F2 r F1 = [F1 Å" cos(360° - 20°), F1 Å" sin(360° - 20°)] H" [4,698; -1,71] r F2 = [F2 Å" cos60°, F2 Å"sin 60°] H" [4; 6,928] r Fw H" [4,698 + 4; -1,71+ 6,928] H" [8,698; 5,218] H" [8,70; 5,22] Fw = 8,702 + 5,222 H" 10,15 Fw 10,15 m a = H" H" 33,8 [s ] 2 m 0,3 Fw 8,70 x ax = H" H" 29 m 0,3 r ax 29 r 29 cos "(a,OX ) = H" Ò! "(a,OX ) = arccos = 30,9° a 33,8 33,8 r r F3 = -Fw r F3 = [-8,70; - 5,22] zad. 2. Dane: m1 = 1 kg , m2 = 2 kg , m3 = 3 kg , F1 = 12 N , F2 = 6 N , Szukane: a = ? , F12 = ? , F23 = ? , r r r Fw r a = Ò! Fw = m Å" a m F1 - F2 12 - 6 m a = = = 1[s ] 2 m1 + m2 + m3 1+ 2 + 3 F1 - F12 = m1 Å" a Ò! F12 = F1 - m1 Å" a = 12 -1Å"1 = 11 N F23 - F2 = m3 Å" a Ò! F23 = F2 + m3 Å" a = 6 + 3Å"1 = 9 N Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 25 Utworzona: 29.10.2006 16:48 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 4  Dynamika. Zmodyfikowana: 2.11.2006 21:35 zad. 3. m Dane: m1 = 1 kg , m2 = 2 kg , H = 3 m , g = 9,81 , s2 Szukane: Hmax = ? , t = ? (czas po którym masa 1 bdzie na wysoko[ci Hmax ), Sytuacj przedstawion w zadaniu mo\na podzieli na dwie fazy. Pierwsza faza zaczyna si gdy masa 2 jest na wysoko[ci 3 m. Masa 2 zaczyna spada (porusza si w dóB) ze staBym przyspieszeniem a . W tym samym czasie masa 1 porusza si z takim samym przyspieszeniem, ale skierowanym przeciwnie (tj. do góry). Masa 2 po przebyciu drogi H zatrzymuje si w podBo\u. Masa 1 w tej chwili jest na wysoko[ci H . Druga faza to ruch jednostajnie opózniony z opóznieniem równym g masy 1. Drog przebyt przez mas 1 do poBo\enia maksymalnego oznacz jako h (gdzie v2 = 0 ). Fw Q2 - Q1 m2g - m1g m2 - m1 2 -1 m a = = = = g = 9,81 = 3,27 [s ] 2 m m1 + m2 m1 + m2 m1 + m2 1+ 2 at12 2H 2 Å" 3 H = Ò! t1 = = H" 1,3546 s 2 a 3,27 2H v1 = a Å" t1 Ò! v1 = a Å" = 2Ha a v2 = v1 - gt2 v1 2Ha 2 Å" 3Å" 3,27 0 = v1 - gt2 Ò! t2 = = = H" 0,4515 s g g 9,81 t = t1 + t2 H" 1,3546 + 0,4515 H" 1,806 s gt22 h = v1t2 - 2 2 2Ha g( ) 2Ha 2Ha Ha 3Å" 3,27 g 2Ha h = 2Ha Å" - = - = = = 1 m g 2 g 2g g 9,81 Hmax = H + h = 3 +1 = 4 m zad. 4. m Dane: m = 5,1 kg , f = 0 , F = 12 N , ± = 25° , g = 9,81 , s2 Szukane: a = ? , Fmax = ? (maksymalna warto[ siBy o kierunku zgodnym z siB F , dla której klocek jeszcze porusza si po powierzchni), Fx = F cos± = 12cos 25° H" 10,88 N Fy = F sin± = 12sin 25° H" 5,07 N r r r r F + FR + Q = m Å" a Fx 10,88 m x : Fx = ma Ò! a = H" H" 2,13 [s ] 2 m 5,1 y : FR + Fy - Q = 0 Oderwanie klocka od podBo\a nastpi gdy FN = 0 (siBa nacisku), wtedy FR = 0 (siBa reakcji). Fmax = Fmax sin 25° y mg 5,1Å"9,81 0 + Fmax sin 25° - Q = 0 Ò! Fmax = H" H" 118,4 N sin 25° 0,4226 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 26 Utworzona: 29.10.2006 16:48 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 4  Dynamika. Zmodyfikowana: 2.11.2006 21:35 zad. 5. m Dane: m1 = 9,5 kg , m2 = 2,6 kg , ± = 34° , f = 0,15 , g = 9,81 , s2 Szukane: a = ? , N = ? (siBa napr\enia nici), Gdy tarcia ma nie by to f = 0  podpunkt a) zadania. Q1¥" = Q1 cos± = m1g cos± Q1 = Q1 sin± = m1g sin± 2) N - m2g = m2a 1) Q1 -T - N = m1a FR1 - Q1¥" = 0 Ò! FR1 = Q1¥" T = f Å" m1g cos± "1) + 2)" N - m2g + Q1 -T - N = m2a + m1a -m2g + m1g sin± - f Å" m1g cos± = a(m2 + m1) m1(sin± - f cos± ) - m2 9,5(sin 34° - 0,15Å"cos34°) - 2,6 m a = g = 9,81 H" 1,24 [s ] 2 m1 + m2 9,5 + 2,6 N = m2g + m2a H" 2,6(9,81+1,24) H" 28,7 [N] dla f = 0 9,5(sin 34° - 0Å"cos34°) - 2,6 m a = 9,81 H" 2,20 [s ] 2 9,5 + 2,6 N = m2g + m2a H" 2,6(9,81+ 2,20) H" 31,2 [N] zad. 6. Dane: Qs = 60 N (ci\ar sanek), v = const., F = 25 N , m ±1 = 15° , ±2 = 35° g = 9,81 , s2 Szukane: f = ? , a = ? , ms , mch (masa sanek i masa chBopca to tylko zmienne pomocnicze) ±3 = ±2 -±1 = 35° -15° = 20° Q¥" = Q cos±1 Q = Qsin±1 Fx = F cos±3 Fy = F sin±3 y) FR + Fy - Q¥" = 0 FR = Q cos±1 - F sin±3 T = f Å" FN = f Å" FR T = f Å"(Q cos±1 - F sin±3) Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 27 Utworzona: 29.10.2006 16:48 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 4  Dynamika. Zmodyfikowana: 2.11.2006 21:35 ruch jednostajny, wic dziaBajce siBy si równowa\: x) Fx - Q -T = 0 F cos±3 - Qsin±1 - f Å"(Q cos±1 - F sin±3) = 0 F cos±3 - Qsin±1 25cos20° - 60sin15° 7,96 f = = H" H" 0,161 Q cos±1 - F sin±3 60cos15° - 25sin 20° 49,4 gdy chBopiec zje\d\a na sankach: Fw Q + Q -T msg sin±1 + mchg sin±1 - FN f sanek ch a = = = m ms + mch ms + mch g sin±1(ms + mch) - (Q¥" sanek + Q¥" ch) f g sin±1(ms + mch) - g cos±1(ms + mch ) f a = = ms + mch ms + mch m a = g Å"(sin±1 - f cos±1) H" 9,81Å"(sin15° - 0,161Å" cos15°) H" 1,013 [s ] 2 zad. 7. m Dane: m = 1 kg , a = const., F = 10 N , f = 0,23, g = 9,81 , s2 ±1 = 60° , ±2 = 0° , ±3 = -60° , Szukane: a = ? , FR = ? , Zadanie bdzie rozwa\ane dla dowolnego kta ± , gdzie: r ± = "(F,OX ) na koDcu zostan podstawione mo\liwe warto[ci: ±1 , ±2 , ±3 . F = F cos± F¥" = F sin± T = FN Å" f Ò! T = (Q - F¥") Å" f = fmg - fF sin± Fw F -T F cos± - fmg + fF sin± 10cos± - 0,23Å"1Å"9,81+ 0,23Å"10Å"sin± a = = = = m m m 1 a(±) = 10cos± + 2,3sin± - 2,2563 r r FR = -FN FR = Q - F¥" = mg - F sin± = 1Å"9,81-10sin± FR (±) = 9,81-10sin± m a(±1) = 10cos60° + 2,3sin 60° - 2,2563 H" 4,73 [s ] 2 FR (±1) = 9,81-10sin 60° H" 1,15 [N] m a(±2) = 10cos0° + 2,3sin 0° - 2,2563 H" 7,74 [s ] 2 FR (±1) = 9,81-10sin 0° H" 9,81[N] m a(±3) = 10cos(-60°) + 2,3sin(-60°) - 2,2563 H" 0,75 [s ] 2 FR (±1) = 9,81-10sin(-60°) H" 18,47 [N] Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 28 Utworzona: 29.10.2006 16:48 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 4  Dynamika. Zmodyfikowana: 2.11.2006 21:35 zad. 8. m m Dane: v0 = 20 , ¸ = 5°, f = 0,18 , g = 9,81 , s s2 Szukane: s (droga, któr przebdzie narciarz do chwili zatrzymania si), Q = Qsin¸ = mg sin¸ Q¥" = Q cos¸ = mg cos¸ T = FN Å" f = Q¥" Å" f = f Å" mg cos¸ Fw Q -T mg sin¸ - f Å" mg cos¸ a = = = = g(sin¸ - f cos¸ ) m m m m a = 9,81(sin 5° - 0,18Å"cos5°) H" -0,904 [s ] 2 Czyli to ciaBo porusza si ruchem jednostajnie opóznionym, z przyspieszeniem a . v = v0 + at v0 0 = v0 + at Ò! t = - a 2 v0 1 v0 v02 v02 v02 1 s = v0t + at2 = v0 + aëø öø = - + = - ìø ÷ø 2 2 - a - a a 2a 2a íø øø 202 s H" - H" 221 m 2Å"(-0,904) zad. 9. r m Dane: m = 3 kg , F , ± = 50° , f = 0,25 , g = 9,81 , s2 Szukane: Fmin = ? oraz Fmax = ? (dla którego klocek pozostanie w bezruchu), F = F sin± F¥" = F cos± T = F¥" Å" f Ò! T = F Å" f cos± Fmin : F + T = Q Ò! Fmin sin± + Fmin Å" f cos± = mg mg 3Å"9,81 Fmin = H" H" 31,8 N sin± + f cos± 0,766 + 0,25Å"0,643 Fmax : F -T = Q Ò! Fmax sin± - Fmax Å" f cos± = mg mg 3Å"9,81 Fmax = H" H" 48,6 N sin± - f cos± 0,766 - 0,25Å"0,643 F " (31,8; 48,6) Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 29 Utworzona: 4.11.2006 0:06 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium I  Zadania. Zmodyfikowana: 8.11.2006 23:23 Kolokwium I  Zadania 3.11.2006 r. PrzykBadowe zestawy zadaD do rozwizania na kolokwium. Tre[ci zadaD  Zestaw A zad. 1. r Wyznacz wektor c o dBugo[ci 2 le\cy na dwusiecznej kta przy wierzchoBku A w trójkcie ABC. Dane s wspóBrzdne wierzchoBków: A(2,0) , B(1,3) , C(-4,2) . r Odp. c = [- 2, 2] . zad. 2. Dany jest ukBad klocków przedstawiony na rysunku 1. oraz masy poszczególnych klocków: m1 = 1,5 kg , m2 = 2 kg , m3 = 0,5 kg . WspóBczynnik tarcia klocka 2. o podBo\e wynosi 0,1. Wyznacz przyspieszenie te ukBady, napr\enie niewa\kiego i nierozcigliwego sznurka, warto[ siBy dziaBajcej przez klocek 1. na klocek 3. 2. 3. 1. rys. 1. m Odp. a = 4,41 , N = 10,78 N , F13 = 2,7 N . s2 zad. 3. Wyrzucono poziomo ciaBo (w jednorodnym polu grawitacyjnym) w taki sposób, \e zasig tego rzutu wynosi 5 m , a czas 0,5 s . Opór powietrza nale\y zaniedba. Oblicz wysoko[ z jakiej wyrzucono ciaBo, prdko[ pocztkow, prdko[ tu\ przed uderzeniem w ziemi. Dodatkowo wyznacz wspóBrzdne poBo\enia ciaBa i wspóBrzdne wektora prdko[ci dla czasu 0,3 s (od momenty wyrzucenia ciaBa). r m m m Odp. v0 = 10 , h = 1,23 m , vk = 4,905 , A(3; 0,44) , v1 = 10,42 . s s s zad. 4. CiaBo wykonuje ruch po okrgu o promieniu R = 0,5 m . Droga pokonywana przez to ciaBo zadana jest funkcj s(t) = 2t + 0,16t2 + 0,2t3 (gdzie droga jest w metrach, a czas w sekundach). m Wyznacz czas dla którego przyspieszenie styczne bdzie wynosiBo 1,28 . Dla tego czasu s2 wyznacz prdko[ liniow ciaBa oraz przyspieszenia: normalnie, caBkowite i ktowe. m m m rad Odp. t = 0,8 s , v = 2,64 , an = 13,94 , a = 14,19 , µ = 2,56 . s s2 s2 s2 Szkice rozwizaD do zadaD znajduj si na kolejnych stronach. Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 30 Utworzona: 4.11.2006 0:06 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium I  Zadania. Zmodyfikowana: 8.11.2006 23:23 Szkice rozwizaD  Zestaw A zad. 1. r Dane: c = 2 , A(2,0) , B(1,3) , C(-4,2) , r Szukane: c = ? , r r r c = n Å" c r n = [x, y] r n = 1 r a = AB = [1- 2, 3 - 0] = [-1, 3] r a = (-1)2 + 32 = 10 r b = AC = [-4 - 2, 2 - 0] = [-6, 2] r b = (-6)2 + 22 = 40 = 2 10 r r r r r r r r "(a,c) = "(a, n) = "(b,c) = "(b, n) r r r r r r r r r r ñøa o n = a Å" n Å"cos "(a,n) ñø ax Å" x + ay Å" y bx Å" x + by Å" y ñø a o n b o n = r = r ôø r r r r r ôø r ôø r r r r ôør r ôø a Å" n a Å" n b Å" n b Å" n Ò! òøb o n = b Å" n Å"cos "(b, n) Ò! òø òø ôø ôø r ôø r 2 n = 1 ôø n = 1 ôø óøx + y2 = 1 óø óø ñø-1Å" x + 3Å" y - 6 Å" x + 2 Å" y = ñø- 2x + 6y = -6x + 2y x = ñø - y ôø 10 Å"1 2 10 Å"1 Ò! Ò! òø òø òø 2 2 óøx + y2 = 1 óø(- y)2 + y2 = 1 ôøx + y2 = 1 óø x = ñø - y ñø ôøx = m 2 2 Ò! òø òø 2 1 2 ôøy = ± óøy = 2 óø 2 r r r r 2 2 2 2 n1 = [- , ] Ò! c1 = c Å" n1 = 2Å"[- , ] = [- 2, 2] 2 2 2 2 r r r r 2 2 2 2 n2 = [ , - ] Ò! c2 = c Å" n2 = 2Å"[ , - ] = [ 2, - 2] 2 2 2 2 wyznaczone wektory musz speBnia jeszcze dodatkowy warunek: musz le\e na dwusiecznej kta, wic na pewno: r r r "(a,OX ) < "(c,OX ) < "(b,OX ) ax r bx arccos < "(c,OX ) < arctan a b -1 r - 6 arccos < "(c,OX ) < arccos 10 2 10 r 71,56° < "(c,OX ) < 161,56° r c1x - 2 "(c1,OX ) = arccos = arccos = 135° c1 2 r c2 x 2 "(c2,OX ) = arccos = arccos = 45° 360 - 45° = 315° c2 2 r r ostatecznie : c = c1 = [- 2, 2] Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 31 Utworzona: 4.11.2006 0:06 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium I  Zadania. Zmodyfikowana: 8.11.2006 23:23 zad. 2. Dane: m1 = 1,5 kg , m2 = 2 kg , m3 = 0,5 kg , f = 0,1 Szukane: a = ? , N = ? , F13 = ?, Fw Q1 + Q3 -T m1g + m3g - f Å" FN m1 + m3 - f Å" m2 a = = = = g m m1 + m2 + m3 m1 + m2 + m3 m1 + m2 + m3 1,5 + 0,5 - 0,1Å" 2 m a = 9,81Å" = 9,81Å"0,45 H" 4,41 s2 1,5 + 2 + 0,5 rozpatruj siBy dziaBajce na klocek 2. Fw N -T N - fgm2 a = = = Ò! N = m2(a + fg) m m2 m2 N H" 2Å"(4,41+ 0,1Å"9,81) H" 10,78 N rozpatruj siBy dziaBajce na klocek 3. Fw Q3 - F13 a = = Ò! F13 = m3(g - a) m m3 F13 H" 0,5Å"(9,81- 4,41) H" 2,7 N zad. 3. Dane: z = 5 m , t = 0,5 s , t1 = 0,3 s , r r Szukane: h = ?, v0 = ? , vk = ?, r1 = ? , v1 = ? , [+rys. z ukBadem wspóBrzdnych] Ruch poziomo rzuconego ciaBa rozkBadam na dwie skBadowe, skBadow równolegB do powierzchni ziemi x, gdzie ciaBo porusza si ruchem jednostajnym oraz skBadow y prostopadB do powierzchni ziemi, gdzie ciaBo porusza si ruchem jednostajnie przyspieszonym bez prdko[ci pocztkowej z przyspieszeniem g. z 5 m vx = v0 = = = 10 s t 0,5 vy = vy + g Å"t 0 gt2 9,81Å"0,52 h = = H" 1,23 m 2 2 m vk = g Å"t = 9,81Å"0,5 = 4,905 s obliczenia dla t1: r 1 1 r1 = [v0 Å"t1, g Å"t12] = [10Å"0,3; Å"9,81Å"0,32] H" [3; 0,44] 2 2 r v1 = [v0, g Å"t1] = [10; 9,81Å"0,3] H" [10; 2,94] r m v1 = vx2 + vy 2 = 102 + 2,942 H" 10,42 s Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 32 Utworzona: 4.11.2006 0:06 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium I  Zadania. Zmodyfikowana: 8.11.2006 23:23 zad. 4. m Dane: R = 0,5 m , s(t) = 2t + 0,16t2 + 0,2t3 , as = 1,28 , s2 Szukane: t = ? , v = ? , an = ? , a = ? , µ = ? , 2 s(t) = 2t + 0,16t2 + 0,2t3 (a Å" xn) = a Å" n Å" xn-1 ds v(t) = = 2 + 0,32t + 0,6t2 dt dv a(t) = = 0,32 +1,2t dt as = a(t) 1,28 = 0,32 +1,2t Ò! t = 0,8 s m v(0,8) = 2 + 0,32Å"0,8 + 0,6Å" (0,8)2 = 2,64 s v2 2,642 m an = = H" 13,94 s2 R 0,5 m a = as 2 + an2 H" 2,642 +13,942 H" 14,19 s2 as 1,28 rad µ = = = 2,56 s2 R 0,5 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 33 Utworzona: 4.11.2006 0:06 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium I  Zadania. Zmodyfikowana: 8.11.2006 23:23 Tre[ci zadaD  Zestaw B zad. 1. Czstka wykonuje ruch po okrgu o promieniu R = 3 m . Droga pokonywana przez to ciaBo zadana jest funkcj s(t) = t3 (gdzie droga jest w metrach, a czas w sekundach). Wyznacz czas dla którego przyspieszenie styczne bdzie równe przyspieszeniu normalnemu. Jakie bdzie wówczas przyspieszenie caBkowite. m Odp. t = 1,26 s , a = 5,345 . s2 zad. 2. PiBka kopnita uko[nie pod ktem ± = 60° do podBo\a. Wiadomo, \e piBka byBa w powietrzu 3 s . Z jak prdko[ci zostaBa wykopana? Na jak maksymalnie wysoko[ wzniesie si? Jakie bd wspóBrzdne (wzgldem punkt wykopu piBki) poBo\enia i prdko[ci piBki po czasie 2 s od wykopu. r r m Odp. v = 16,99 , h = 11,03 m , r1 = [16,99; 9,81] , v1 = [8,495; - 4,906] s zad. 3. ? Odp. ?. zad. 4. obr KoBo o [rednicy 1 m obraca si ze staB prdko[ci obrotow n = 180 . W pewnym min. momencie koBo zaczyna hamowanie ruchem jednostajnie opóznionym z opóznieniem ktowym rad 3 . Po jakim czasie to koBo zatrzyma si? Ile wykona obrotów do momentu zatrzymania si? s2 Oblicz prdko[ liniow punktów na obwodzie koBa w chwili rozpoczcia hamowania. m Odp. t = 6,28 s , N = 9,42, v = 9,42 . s Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 34 Utworzona: 4.11.2006 0:06 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium I  Zadania. Zmodyfikowana: 8.11.2006 23:23 Szkice rozwizaD  Zestaw B zad. 1. Dane: R = 3 m , s(t) = t3 , as = an , Szukane: t = ? , a = ? , 2 s(t) = t3 (a Å" xn) = a Å" n Å" xn-1 ds v(t) = = 3t2 dt dv a(t) = = 6t dt as = a(t) = 6t 2 v2 (3t2) 9t4 an = = = R R R v2 9t4 as = an Ò! 6t = Ò! 6t = R R 9t4 - 6Rt = 0 3t(3t3 - 2R) = 0 2 2 3 3 ((t = 0 (" t = R) '" t > 0) Ò! t = R 3 3 3 2 2 3 3 t = R = 3 = 2 H" 1,26 s 3 3 v2 as = an = R 2 2 2 ëø öø ëø öø v2 v2 v2 (3t2) 9 2t4 a = as 2 + an2 = ìø ÷ø ìø ÷ø 2 = + = 2 = ìø ÷ø ìø ÷ø R R R R R íø øø íø øø 9 2 Å"1,26 m a H" H" 3 2 Å"1,26 H" 5,345 s2 3 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 35 Utworzona: 4.11.2006 0:06 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium I  Zadania. Zmodyfikowana: 8.11.2006 23:23 zad. 2. Dane: ± = 60° , t = 3 s , t1 = 2 s r r Szukane: v0 = ? , h = ?, r1 = ? , v1 = ? , [+rys. z ukBadem wspóBrzdnych] Ruch uko[nie rzuconego ciaBa rozkBadam na dwie skBadowe, skBadow równolegB do powierzchni ziemi x, gdzie ciaBo porusza si ruchem jednostajnym oraz skBadow y prostopadB do powierzchni ziemi, gdzie ciaBo porusza si ruchem przyspieszonym. vx = vx = v Å" cos± 0 vy = v Å"sin± 0 czas wznoszenia to poBowa czasu lotu piBki, a czas opadania to te\ poBowa czasu lotu: 1 1 t0,5 = t = Å"3 = 1,5 s 2 2 gdy ciaBo na maksymalnym wzniesieniu ma vy = 0 wic: vy = vy - g Å"t0,5 0 0 = vsin± - g Å" t0,5 g Å" t0,5 9,81Å"1,5 m v = = H" 16,99 s sin± sin 60° ciaBo wznosi si na wysoko[ci h (czyli ta maksymalna) w pionie ruchem jednostajnie opóznionym z opóznieniem g: 1 h = vy t0,5 - gt0,52 2 0 1 h = t0,5vsin± - gt0,52 2 1 h H" 1,5Å"16,99Å"sin 60° - Å"9,81Å"1,52 H" 11,03 m 2 obliczenia dla t1 = 2 s : r r1 = [rx, ry ] rx = vx Å"t1 = v Å"t1 Å"cos± H" 16,99Å" 2Å"cos60° H" 16,99 m 1 1 ry = vy Å"t1 - gt12 = v Å"t1 Å"sin± - gt12 H" 16,99Å" 2Å"sin 60° - 9,81Å" 22 H" 9,81 m 2 2 0 r r1 = [16,99; 9,81] r v1 = [vx, yy ] 1 m vx = v Å"cos± H" 16,99Å" H" 8,495 2 s m vy = vy - gt1 = vsin± - gt1 H" 16,99Å"sin 60° - 9,81Å" 2 H" -4,906 s 0 r v1 = [8,495; - 4,906] zad. 3. ? Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 36 Utworzona: 4.11.2006 0:06 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium I  Zadania. Zmodyfikowana: 8.11.2006 23:23 zad. 4. obr rad Dane: d = 1 m , n = 180 , µ = 3 min. s2 Szukane: t = ? , N = ? , v = ? , 1 R = d 2 Õ = 2 N obr 1 obr obr n = 180 = 180 = 3 min. 60 s s É0 = 2 n É = É0 -µt É0 2 n 0 = É0 - µt Ò! É0 = µt Ò! t = = µ µ 2  Å"3 t = H" 6,28 s 3 1 Õ = É0t - µt2 2 2 2 n 2 n ëø öø 1 2 N = 2 n Å" - µ ìø ÷ø 2 µ µ íø øø 4 2n2 4 2n2 2 N = - µ 2µ 2 2n2 2 2n2 n2 2 N = Ò! N = =   µ 2 µ µ 32 N =   = 3  H" 9,42 3 v = É0 Å" R 1 m v = 2 n Å" d =  nd H" 9,42 2 s Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 37 Utworzona: 12.11.2006 15:53 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 5  Praca, energia, moc. Zmodyfikowana: 20.11.2006 13:50 ZESTAW 5  Praca, energia, moc 10.11.2006 r. Wa\ne wzory: RUCH OBOTOWY v2 ad = R PRACA r r r r W = F o s = F Å" s Å"cos "(F, s) ENERGIA Energia potencjalna (zawsze okre[lana wzgldem jako[ poziomu odniesienia Ep = 0 ): Ep = mgh Energia kinetyczna (ruchu postpowego): mv2 Ek = K = 2 W = "E MOC dE P = dt dla staBej siBy w czasie: P = F Å"v zad. 1. m Dane: ¸ = 20°, R = 80 m , g = 9,81 s2 Szukane: vmax = ? , Nale\y rozpatrze sytuacj na styk, wtedy gdy ciaBo porusza si po okrgu ruchem jednostajnym. Oznacza to, \e wypadkowa siBa dziaBajcych na samochód to siBa do[rodkowa, skierowana poziomo wzdBu\ promienia R . r r r Q + FR = ma v2 FR = mad = m R FR¥" - Q = 0 Ò! FR¥" = mg FR tg ¸ = FR¥" v2 m R tg ¸ = Ò! v = R Å" g Å" tg ¸ mg m v = 80Å"9,81Å" tg 20° H" 285,64 H" 16,9 s 1 1000 m km km km km v = 16,9 = 16,9Å" = 16,9Å"3,6 = 16,9Å"3,6 H" 60,8 s h h h h 1 3600 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 38 Utworzona: 12.11.2006 15:53 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 5  Praca, energia, moc. Zmodyfikowana: 20.11.2006 13:50 zad. 2. m Dane: L = 30 cm , R = 15 cm , v = const., g = 9,81 s2 obr. Szukane: n = ? [min ], ²  kt wychylenia nitki od pionu (tylko zmienna pomocnicza) r r r N + Q = ma v2 N = mad = m R N¥" - mg = 0 Ò! N¥" = mg N tg ² = N¥" v2 m R tg ² = Ò! v = R Å" g Å" tg ² mg R R 15 sin ² = Ò! ² = arcsin = arcsin = 30° L L 30 É É = 2 n Ò! n = 2  v v = ÉR Ò! É = R v R Å" g Å" tg ² v R Å" g Å" tg ² 1 g R n = = = = = tg ² 2  2 R 2 R 4 2R2 2  R R = 15 cm = 0,15 m 1 9,81 1 obr. n = tg 30° H" 37,76 H" 0,978 s 2  0,15 2  1 obr. obr. obr. n = 0,978 = 0,978Å" H" 58,7 s min min 1 60 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 39 Utworzona: 12.11.2006 15:53 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 5  Praca, energia, moc. Zmodyfikowana: 20.11.2006 13:50 zad. 3. Dane: m , N = 2Q , Szukane: ± = ? , L  dBugo[ sznurka (to tylko zmienna pomocnicza), h  wysoko[ na jak znosi si kulka w czasie maksymalnego wychylenia wzgldem poBo\enia równowagi N = 2Q = 2mg r r r N + Q = ma v2 N - mg = mad = m L mv2 N = + mg L mv2 2mg = + mg L v2 = gL z zasady zachowania energii: mv2 mgh = Ò! v2 = 2gh 2 wic porównujc wyra\enia na v2 otrzymujemy: gL = 2gh Ò! L = 2h skdind wiadomo, \e: L - h 2h - h 1 cos± = = = 2 L 2h 1 ± = arccos = 60° 2 zad. 4. Dane: R , f = 0 , Szukane: H = ? , CiaBo porusza si po ptli ze staB prdko[ci liniow v . Nale\y znalez takie vmin aby ciaBo zdoBaBo pokona najbardziej newralgiczny punkt ptli, tj. sam szczyt ptli. r r r Q + FR = ma v2 mg + FR = m R dla FR = 0 wyznaczymy vmin : vmin 2 mg + 0 = m R vmin 2 = gR z zasady zachowania energii: mvmin 2 mgH = + mg Å" 2R 2 2gH - 4Rg = vmin 2 Ò! vmin 2 = 2g(H - 2R) Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 40 Utworzona: 12.11.2006 15:53 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 5  Praca, energia, moc. Zmodyfikowana: 20.11.2006 13:50 wic przyrównujc wyra\enia vmin 2 otrzymujemy: gR = 2g(H - 2R) R = 2H - 4R 5 H = R = 2,5R 2 zad. 5. Dane: R , Szukane: H = ? , r r r Q + FR = ma Q = mg cos± v2 mg cos± - FR = m R w momencie oderwania FR = 0 : vmax 2 mg cos± + 0 = m R vmax 2 = gR cos± z zasady zachowania energii: mvmax 2 mgR = mgH + 2 2gR - 2gH = vmax 2 skdind wiadomo, \e: H cos± = R przez porównanie wyra\eD na vmax 2 otrzymujemy: 2gR - 2gH = gR cos± H 2R - 2H = R R 2 H = R 3 zad. 6. m Dane: m = 2 kg , H = 1 m , W = 30 J , g = 9,81 s2 Szukane: a = ? , r r W = F Å" s Å" cos "(F, s) = F Å" s Å"cos0° = F Å" s W W = F Å" H Ò! F = H Fw F - mg F W a = = = - g = - g m m m Hm 30 m a = - 9,81 = 5,19 s2 1Å" 2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 41 Utworzona: 12.11.2006 15:53 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 5  Praca, energia, moc. Zmodyfikowana: 20.11.2006 13:50 zad. 7. m Dane: m = 2 kg , ± = 30° , W = 216 J , g = 9,81 s2 Szukane: Ep = ? , Ek = ? , Zadanie zle sformuBowane, pytanie o warto[ energii potencjalnej w najwy\szym punkcie nie ma sensu fizycznego. Dla nadania sensu temu zadaniu zakBadam, \e warto[ energii potencjalnej bd liczyB wzgldem poziomu wyrzucenia kuli ( Ep = 0 ). vx = vx = v0 cos± 0 vy = v0 sin± mv02 2W W = Ò! v0 = 2 m równania dla ruchu jednostajnie opóznionego w pionie: ñø - gt ôø0 = vy0 òø ôøH = vy t - 1 gt2 2 óø 0 vy ñø 0 ôøt = g ôø òø 2 ôøH = vy vy - 1 g vy 0 0 2 0 ôø g g2 óø vy 2 0 H = 2g z zasady zachowania energii: 2 m(vy 2 + vx 2 ) mv x0 0 0 = mgH + 2 2 vy 2 1 2W 0 1 Ep = mgH = mg = mv02 sin2 ± = m sin2 ± = W sin2 30° = 216Å"0,25 = 54 J 2 2 2g m mvx 2 mv02 cos2 ± m Å" 2W Å"cos2 ± 0 Ek = = = = W Å"cos2 30° H" 216Å"0,75 = 162 J 2 2 2Å"m bo: W = Ep + Ek = 54 +162 = 216 J Masa klocka w zadaniu zostaBa podana niepotrzebnie! Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 42 Utworzona: 12.11.2006 15:53 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 5  Praca, energia, moc. Zmodyfikowana: 20.11.2006 13:50 zad. 8. Dane: m = 15 kg , v0 = 0 s = 5 m , F = 70 N , ¸ = 20° , m f = 0,3 , g = 9,81 s2 2 Szukane: WF = ? , Ek = ? , WT = ?, F , WF = F Å" s Å" cos¸ WF = 70 Å" 5 Å" cos 20° H" 328,9 J WT = T Å" s Å" cos180° = -Ts = -FN Å" f Å" s = -(Q - F¥") Å" f Å" s WT = -(mg - F sin¸ ) Å" f Å" s = fs(F sin¸ - mg) WT = 0,3Å"5 Å" (70 Å" sin 20° - 9,81Å"15) H" -184,8 J "Ek = WF + WT "Ek = 328,9 -184,8 H" 144,1 J Przesunicie bdzie odbywaBo si ruchem jednostajnym gdy "Ek = 0 bo w tym ruchu "v = 0 , wic (uwaga: zmieni si warto[ siBy tarcia jak zmieni si warto[ siBy F ): 2 2 WF = F Å" s Å" cos¸ 2 2 "Ek = WF +WT = 0 2 2 WF = -WT 2 2 F Å" s Å" cos¸ = - fs(F sin¸ - mg) 2 2 F cos¸ + fF sin¸ = fmg fmg 0,3Å"15Å"9,81 44,145 2 F = - = H" H" 42,35 N cos¸ + f sin¸ cos 20° + f sin 20° 1,042299 zad. 9. m Dane: m = 10 kg , v0 = 1,5 ¸ = 20° , F = 100 N , s m f = 0,4 , s = 5 m , g = 9,81 , s2 Szukane: WF = ? , WT = ?, "Ek = ?, vk = ?, WF = F Å" s Å"cos0° WF = 100Å"5Å"cos0° = 500 J WT = T Å" s Å"cos180° = -Ts = -FN Å" f Å" s = -Q¥" Å" f Å" s WT = -mg cos¸ Å" f Å" s = -10Å"9,81Å"cos 20°Å"0,4Å"5 H" -184,4 J "E = WF +WT = 500 -184,4 = 315,6 "E = "Ep + "Ek "Ek = "E - "Ep = "E - mg Å""h = "E - mg Å" ssin¸ "Ek = 315,6 -10Å"9,81Å"5Å"sin 20° H" 315,6 -167,76 H" 147,84 J mvk 2 mv02 2"Ek "Ek = - Ò! vk = + v02 2 2 m 2Å"147,84 m vk = +1,52 H" 31,818 H" 5,64 s 10 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 43 Utworzona: 12.11.2006 15:53 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 5  Praca, energia, moc. Zmodyfikowana: 20.11.2006 13:50 zad. 10. m Dane: m = 650 kg , a1 = const. v1 = 1,75 t1 = 3 s , s k m m a2 = 0 , v2 = 1,75 , g = 9,81 , s s2 Szukane: P[r.1 = ? , P2 = ? , dE P = dt "E1 P[r.1 = t1 v1 k a1 = t1 v1 1 k 1 1 h = a1t12 = t12 = v1 t1 2 2 k t1 2 mv1 2 2mgh mv1 2 k k mgh + + 1 2mgh + mv1 2 2mg Å" v1 t1 + mv1 2 2 2 2 2 k k k P[r.1 = = = = t1 t1 2t1 2t1 mv1 (g Å"t1 + v1 ) 650Å"1,75Å"(9,81Å"3 +1,75) k k P[r.1 = = H" 5911,2 W H" 5,91 kW 2t1 2Å"3 "v2 = 0 "h = v2"t m"v22 "E2 mg"h + 2 mg"h mg Å" v2"t P2 = = = = = mg Å"v2 "t "t "t "t P2 = 650Å"9,81Å"1,75 H" 11158,875 W H" 11,16 kW Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 44 Utworzona: 12.11.2006 15:53 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 5  Praca, energia, moc. Zmodyfikowana: 20.11.2006 13:50 zad. 11. km m Dane: m = 1000 kg , v = 72 , f = 0,1, g = 9,81 , h s2 ±a = 0° , ±b = 3° , ±c = -3° , Szukane: Pa = ? , Pb = ? , Pc = ? , Poni\szy szkic rozwizania bdzie dla dowolnego kta ± , a na koDcu bd tylko podstawione mo\liwe warto[ci tego kta i obliczone odpowiednie moce. km 1000 m m m v = 72 = 72Å" = 72 : 3,6 = 20 h 60Å"60 s s s "s = v Å" "t Q¥" = mg Å"cos± Q = mg Å"sin± WT +WQ Q¥" f Å" "s + mg Å"sin± Å" "s mgv Å" "t P = = = ( f cos± + Å"sin±) = "t "t "t P(± ) = mgv( f cos± + Å"sin± ) = 1000Å"9,81Å" 20Å"(0,1Å"cos± + sin± ) P(± ) = 196,2Å"(0,1cos± + sin±) Å"103 [W] = 196,2Å" (0,1cos± + sin± ) [kW] P(± ) = 19,62cos± +196,2sin±) [kW] Pa = P(±a ) = P(0°) = 19,62cos0° +196,2sin 0° [kW] = 19,62 [kW] Pb = P(±b ) = P(3°) = 19,62cos3° +196,2sin 3° H" 29,86 [kW] Pc = P(±c) = P(-3°) = 19,62cos(-3°) +196,2sin(-3°) H" 9,32 [kW] Dodatkowe zagadnienie: Z jak maksymaln prdko[ci liniow mo\e samochód ruchem jednostajnym przejecha most o promieniu krzywizny równym R . Trzeba rozpatrzy sytuacj w najwy\szym punkcie na mo[cie. mv2 Fd = R Q = mg Fd = Q mvmax 2 = gm R vmax = gR Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 45 Utworzona: 20.11.2006 13:45 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 6  Spr\ysto[, pd. Zmodyfikowana: 23.11.2006 20:09 ZESTAW 6  Spr\ysto[, pd 17.11.2006 r. Wa\ne wzory: SIAA SPR[YSTOZCI Fs = -k Å" x gdzie: N k  wspóBczynnik spr\ysto[ci [m] , x  wychylenie z poziomu równowagi. komentarz: minus w powy\szym wzorze oznacza, \e siBa spr\ysto[ci jest skierowana przeciwnie do kierunku ruchu, jest skierowana zawsze w stron punktu równowagi. ENERGIA POTENCJALNA SPR[YSTOZCI k Å" x2 s Ep = Es = 2 komentarz: w poBo\eniu równowagi warto[ tej energii równa si 0, warto[ tej energii jest maksymalna w maksymalnym wychyleniu. PD r r p = m Å"v zad. 1. obr. N m Dane: m = 0,5 kg , n = 2 , ± = 30° , k = 600 , g = 9,81 , s m s2 Szukane: l0 = ? , rad É = 2 n = 2  Å" 2 = 12,57 s v = ÉR kluczowym elementem jest zauwa\enie, \e: r r N = Fs gumka rozciga si, wic: "l = l - l0 Fs = k"l N = k"l v2 N = m = mÉ2R = mÉ2l sin± R R = sin± l N¥" - mg = 0 Ò! N¥" = mg N mÉ2l sin± g tg ± g = tg ± = Ò! l = = N¥" mg É2 sin± É2 cos± Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 46 Utworzona: 20.11.2006 13:45 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 6  Spr\ysto[, pd. Zmodyfikowana: 23.11.2006 20:09 N¥" mg mg cos± = = Ò! "l = N k"l k cos± l0 = l - "l g mg g 1 m ëø öø l0 = - = ìø - ÷ø É2 cos± k cos± cos± É2 k íø øø 9,81 ëø 1 0,5 öø l0 = ìø - ÷ø = 0,06225 m = 0,0623 cm 2 cos30° íø12,57 600 øø zad. 2. m Dane: "x0 = 0,12 m , m = 0,035 kg , H = 20 m , H1 = 10 m g = 9,81 , s2 Szukane: k = ? , v0 = ? , v1 = ? , z zasady zachowania energii: k("x0)2 mv02 mv12 = + mg"x0 = + mgH1 = mgH 2 2 2 wic: k("x0)2 2mgH 2Å"0,035Å"9,81Å" 20 N = mgH Ò! k = = = 953,75 m 2 ("x0)2 0,122 mv02 m + mg"x0 = mgH Ò! v0 = 2g(H - "x0) = 2Å"9,81Å"(20 - 0,12) = 19,75 s 2 mv12 m + mgH1 = mgH Ò! v1 = 2g(H - H1) = 2Å"9,81Å"(20 -10) = 14,01 s 2 zad. 3. N m Dane: k = 427 , ± = 28° , m = 3,22 kg , "x = 21,4 cm , g = 9,81 , m s2 2 Szukane: s = ? , "x = ? (dla vmax ), H = sin± Ò! H = s sin± s z zasady zachowania energii (poziomem odniesienia si jest punkt zatrzymania si klocka): k("x)2 mgH = 2 wic: k("x)2 k("x)2 427 Å"0,2142 mgssin± = Ò! s = = = 0,659 m = 65,9 cm 2 2mg sin± 2Å"3,22Å"9,81Å"sin 28° maksymalna prdko[ jest w chwili gdy: Fs = Q wic: 2 k"x = mg sin± mg sin± 3,22Å"9,81Å"sin 28° 2 "x = = = 0,0347 m = 3,47 cm k 427 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 47 Utworzona: 20.11.2006 13:45 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 6  Spr\ysto[, pd. Zmodyfikowana: 23.11.2006 20:09 zad. 4. m m Dane: m = 3 kg , v = 10 , ± = 30° , "t = 0,2 s , g = 9,81 , s s2 Szukane: F[r = ?, r r dp F = dt "p F[r = "t v1 = v2 = v r v1 = [-v cos±, vsin± ] r v2 = [v cos±, vsin± ] r r p = mv r r r r r r r "p = p2 - p1 = mv2 - mv1 = m(v2 - v1) = m Å"[v cos± + v cos±, vsin± - vsin± ] r "p = [2mvcos±, 0] "p = 2mv cos± "p 2mv cos± 2Å"3Å"10Å"cos30° F[r = = = = 259,8 N "t "t 0,2 zad. 5. m Dane: mp = 0,1%Å" mk , L = 1 m , ¸ = 10° , g = 9,81 , s2 Szukane: v = ? , mp = 0,001Å" mk pp = pk mpvp = (mp + mk ) Å"vk (mp + mk ) Å"vk (0,001Å" mk + mk ) Å"vk vp = = = 1001Å" vk mp 0,001Å" mk z zasady zachowania energii: mvk 2 = mgh Ò! vk = 2gh 2 L - h = cos¸ Ò! h = L(1- cos¸ ) L vk = 2gh = 2gL(1- cos¸ ) m vp = 1001vk = 1001 2gL(1- cos¸ ) = 1001 2 Å"9,81Å"1Å" (1- cos10°) = 545,9 s Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 48 Utworzona: 20.11.2006 13:45 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 6  Spr\ysto[, pd. Zmodyfikowana: 23.11.2006 20:09 zad. 6. r r Dane: m1 = 3 kg , v1(5,0) [m] , m1 = 2 kg , v1(0,-3) [m], s s r Szukane: u = ? , x = ? [%] (utracony procent energii kinetycznej) r r r p1 + p2 = pu r r r m1v1 + m2v2 = (m1 + m2) Å" u r r r m1v1 + m2v2 3Å"[5, 0] + 2 Å"[0, - 3] 1 u = = = [15, - 6] = [3; -1,2] 5 m1 + m2 3 + 2 r m u = u = 32 + (-1,2)2 = 3,23 s ëø öø E1 + E2 - Eu E1 + E2 Eu Eu x = Å"100% = ìø - ÷ø = 100% - Å"100% ìø E1 + E2 E1 + E2 E1 + E2 ÷øÅ"100% E1 + E2 íø øø (m1 + m2) Å"u2 (m1 + m2) Å"u2 2 x = 100% - Å"100% = 100% - Å"100% m1 Å"v12 m2 Å"v22 m1 Å"v12 + m2 Å"v22 + 2 2 ëø öø ëø öø (3 + 2) Å"3,232 (3 + 2)Å"3,232 x = ìø ìø1- 3Å"52 + 2Å"(-3)2 ÷ø Å"100% = ìø 3Å"52 + 2Å"(-3)2 ÷ø = 100% - 56,09% = 43,9% ÷ø ìø1- ÷øÅ"100% íø øø íø øø zad. 7. m m Dane: m1 = m2 , v = 5 , v1 = 4,33 , ±1 = 30° , s s Szukane: v2 = ? , ±2 = ? , m = m1 = m2 r r r p = p1 + p2 r r r mv = m1v1 + m2v2 r r r v = v1 + v2 [v, 0] = [v1 Å" cos±1, v1 Å" sin±1] + [v2 Å" cos±2, v2 Å" sin±2] 5 = 4,33Å" cos30° + v2 Å" cos±2 ñø òø óø0 = 4,33Å" sin 30 + v2 Å" sin±2 1,25 ñøv Å" cos±2 = 1,25 Ò! v2 = ôø 2 cos±2 òø ôøv Å" sin±2 = -2,165 óø 2 1,25 Å" sin±2 = -2,165 cos±2 - 2,165 2,165 tg ±2 = Ò! ±2 = arctg - = -60° 1,25 1,25 1,25 1,25 m v2 = = = 2,5 s cos±2 cos(-60°) Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 49 Utworzona: 20.11.2006 13:45 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 6  Spr\ysto[, pd. Zmodyfikowana: 23.11.2006 20:09 zad. 8. m m m Dane: v0 = 300 , v1 = 450 , v2 = 240 , s s s r Szukane: v3 = ? , r r r r p0 = p1 + p2 + p3 r r r r m m m mv0 = v1 + v2 + v3 3 3 3 1 1 1 [0, 300] = [0, 450] + [240, 0] + [vx, vy ] 3 3 3 3Å"[0, 300] = [240, 450] +[vx, vy ] [vx, vy ] = [0, 900] -[240, 450] = [0 - 240, 900 - 450] = [-240, 450] r v3 = [-240, 450] Dodatkowe zagadnienia: a) Kulka o masie m i prdko[ci v poruszajca si po linii prostej odbiBa si idealnie spr\y[cie od [ciany ustawionej prostopadle do kierunku ruchu. Jak zmieniB si pd kulki? Pd to wielko[ wektorowa, wic trzeba jednak uwzgldni nie tylko warto[, ale tak\e kierunek i zwrot. r r p = m Å"v r r "p = pp - pk = m Å"v - m Å"(-v) = 2mv r b) Kulka o masie m ma pd p . Jaka jest warto[ energii kinetycznej tego ciaBa? p = mv mv2 mv2 m m2v2 (mv)2 p2 Ek = = Å" = = = 2 2 m 2m 2m 2m c) Aby rozcign spr\yn z poBo\enia równowagi o x trzeba wykona jak[ prac. Ile razy wiksz dodatkow prac trzeba wykona aby rozcign spr\yn jeszcze o x ( czyli do poBo\enia 2x od poBo\enia równowagi)? W = "E k Å" x2 W1 = 2 k Å"(2x)2 k Å"(2x)2 k Å" x2 k Å" 4x2 k Å" x2 3kx2 W2 = -W1 = - = - = 2 2 2 2 2 2 3kx2 W2 2 = = 3 W1 kx2 2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 50 Utworzona: 25.11.2006 16:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 7  Dynamika ruchu obrotowego. Zmodyfikowana: 7.12.2006 19:37 ZESTAW 7  Dynamika ruchu obrotowego 24.11.2006 r. Wa\ne wzory: ZRODEK MASY n n n mixi mi yi mi zi x[r = y[r = z[r = " " " £m £m £m i i i MOMENT BEZWAADNOZCI analogia do ruchu postpowego: m  masa ciaBa I  moment bezwBadno[ci ciaBa komentarz: ró\ne ciaBa mog mie ró\ne momenty bezwBadno[ci; ale tak\e warto[ momentu bezwBadno[ci zale\y od wybranej osi obrotu (która mo\e by dowolnie wybrana). I0 = I[r  moment bezwBadno[ci wzgldem osi przechodzcej przez [rodek masy n n n Ix = ( yi2 + zi 2) I = (xi2 + zi 2) Iz = (xi2 + yi 2) "mi y "mi "mi i i i Twierdzenie Steinera 2 I = I0 + md gdzie: d  odlegBo[ midzy dwiema równolegBymi osiami obrotu komentarz: stosuje si do obliczenia momentu bezwBadno[ci wzgldem wybranej osi równolegBej do osi przechodzcej przez [rodek masy ciaBa (zakBadamy, \e znamy moment bezwBadno[ci ciaBa, wzgldem tej osi przechodzcej przez [rodek masy). Lista podstawowych momentów bezwBadno[ci dla osi obrotu MOMENT SIAY przechodzcych przez [rodek masy: r r analogia do ruchu postpowego: F = m Å" a  siBa " punktu materialnego I = mR2 M = I Å"µ " walca (kr\ka) gdzie: µ  przyspieszenie ktowe 1 I = mR2 2 r r " cienko[ciennego walca r M = r × F (obrczy, rury) gdzie: r  rami siBy F , odlegBo[ midzy osi obrotu a osi I = mR2 wyznaczon przez kierunek siBy F " kuli 2 I = mR2 5 MOMENT PDU r r " powierzchni kuli (sfery) analogia do ruchu postpowego: p = m Å"v  pd 2 I = mR2 3 " cienkiego prta L = I Å"É 1 I = mL2 gdzie: É  prdko[ ktowa 12 r r r L = r × p gdzie: r  odlegBo[ midzy osi obrotu a osi r wyznaczon przez kierunek wektora pdu p Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 51 Utworzona: 25.11.2006 16:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 7  Dynamika ruchu obrotowego. Zmodyfikowana: 7.12.2006 19:37 zad. 1. Dane: m = 0,1 kg , M = 0,3 kg , a = 20 cm , b = 40 cm , Szukane: Ix = ? , Iy = ? , Iz = ? , " m = m + m + M + M = 0,1+ 0,1+ 0,3 + 0,3 = 0,8 kg m Å"0 + m Å" a + M Å" 0 + M Å" a 0,1Å"0,2 + 0,3Å" 0,2 x[r = = = 0,1 m " m 0,8 m Å"b + m Å"b + M Å"0 + M Å"0 2Å" 0,1Å"0,4 y[r = = = 0,1 m " m 0,8 z[r = 0 m1(-0,1; 0,3) m2(0,1; 0,3) M1(-0,1; - 0,1) M (0,1; - 0,1) 2 Ix = 2Å"0,1Å"(0,32 + 02) + 2 Å"0,3Å"((-0,1)2 + 02) = 0,024 [kg Å" m2] I = (0,1+ 0,3) Å"((-0,1)2 + 02) + (0,1+ 0,3) Å"((0,1)2 + 02) = 0,008 [kg Å" m2] y Iz = 0,1Å"((-0,1)2 + 0,32) + 0,1Å"(0,12 + 0,32) + 0,3Å"((-0,1)2 + (-0,1)2) + +0,3Å"(0,12 + (-0,1)2) = 0,032 [kg Å" m2] zad. 2. Dane: ma = 4 kg , mb = 2 kg , mc = 3 kg , rad ya = 3 m , yb = -2 m , ya = -4 m , É = 2 , s 2 Szukane: Ek = ? (dla obrotu wokóB osi OX ), Ek = ? (dla obrotu wokóB [r. masy), Ix = ma ya 2 + mb yb2 + mc yc2 = 4Å"32 + 2 Å"(-2)2 + 3Å"(-4)2 = 92 [kg m2] I Å"É2 92Å"22 Ek = = = 184 J 2 2 " m = ma + mb + mc = 4 + 2 + 3 = 9 ma ya + mb yb + mc yc 4Å"3 + 2 Å"(-2) + 3Å"(-4) 4 y[r = = = - H" -0,4444 9 " m 9 korzystam z twierdzenia Steinera 2 2 I = I0 + md Ò! I0 = I - md I0 = I[r 4 812 I[r = Ix - £m Å" y[r 2 = 92 - 9Å"(- )2 = H" 90,22 [kg m2] 9 9 I[r Å"É2 90,22Å" 22 2 Ek = = = 180,44 J 2 2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 52 Utworzona: 25.11.2006 16:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 7  Dynamika ruchu obrotowego. Zmodyfikowana: 7.12.2006 19:37 zad. 3. m Dane: l = 1 m , m1 = 3 kg , m2 = 4 kg , v = 5 , s r Szukane: L = ? , l r = 2 2 l l2 ëø öø I = m1r2 + m2r2 = r2(m1 + m2) = (m1 + m2) = (m1 + m2) ìø ÷ø 2 4 íø øø v 2v v = É Å" r Ò! É = = r l l2 2v kgÅ"m2 1 1 L = I Å"É = (m1 + m2) Å" = vl(m1 + m2) = 5Å"1Å"(3+ 4) = 17,5 2 2 s 4 l moment pdu jest wektorem, prostopadBym do pBaszczyzny obrotu, wic: r 2 Æ Æ L = L Å" k = 17,5k [kgÅ"m ] s Æ gdzie k jest wersorem osi OZ . II sposób rozwizania zadania r r r L = r × p p = p1 + p2 = m1v + m2v = v(m1 + m2) r r l 1 L = r Å" p Å" sin "(r, p) = Å" v(m1 + m2) Å" sin 90° = vl(m1 + m2) 2 2 wic ostatecznie dostajemy to samo, jak mo\na byBo przypuszcza. zad. 4. m Dane: m1 = 8 kg , m2 = 2 kg , t = 2 s , g = 9,81 , s2 Szukane: a = ? , N = ? , Ek = ? (po czasie t ), moment bezwBadno[ci kr\ka wzgldem osi przechodzcej przez [rodek masy wynosi: 1 I0 = m1 Å" R2 2 rozpatrujc siBy dziaBajce na klocek otrzymujemy: m2g - N = m2a m2g - N a = m2 rozpatrujemy siBy dziaBajce na kr\ek, które s istotne, tj. ich momenty s niezerowe M = N Å" R Å"sin 90° = N Å" R skdind wiadomo, \e: M = I0 Å"µ oraz a a = µ Å" R Ò! µ = R wic a I0 Å" a M = I0 Å" = N Å" R Ò! N = R R2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 53 Utworzona: 25.11.2006 16:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 7  Dynamika ruchu obrotowego. Zmodyfikowana: 7.12.2006 19:37 podstawiajc otrzymujemy: 1 I0 Å" a m1 Å" R2 Å" a 2 1 N = = = m1a R2 R2 2 m2a = m2g - N 2m2 2Å" 2 1 m m2a = m2g - m1a Ò! a = g = Å"9,81 = 3,27 2 s2 m1 + 2m2 8 + 2Å" 2 1 1 N = m1a = Å"8Å"3,27 = 13,08 N 2 2 klocek porusza si ruchem jednostajnie przyspieszonym (co zostaBo pokazane powy\ej), wic i punkty na obrze\u kr\ka porusza si z takim przyspieszeniem, wic: v = at v = ÉR at ÉR = at Ò! É = R 2 at 1 m1R2 Å"ëø öø ìø ÷ø I0 Å"É2 2 íø øø m1a2t2 8Å"3,272 Å" 22 R Ek = = = = = 85,5 J 2 2 4 4 dodatkowo: zasada zachowania energii dla sytuacji w tym zadaniu wyglda nastpujco: I0 Å"É2 m Å"v2 mgH = + 2 2 gdzie H  drog jak pokonaB klocek zad. 5. 1 m Dane: L = 1 m , L1 = L , ± = 90° , g = 9,81 , 3 s2 Szukane: É = ? , v = ? (prdko[ koDca prta), Zadanie jest nieprecyzyjne: trzeba obliczy prdko[ koDca prta v , a przecie\ prt podobnie jak kij, ma dwa koDce. Wic oblicz zarówno v1 jaki i v2 , czyli prdko[ jednego i prdko[ drugiego koDca prta. Moment bezwBadno[ci prta wzgldem osi przechodzcej przez [rodek ci\ko[ci wynosi: 1 I0 = mL2 12 Dla obliczenia osi obrotu wzgldem punktu O stosuj twierdzenie Steinera 1 1 I = mL2 + m(1 L)2 = mL2 12 6 9 Nie ma \adnych siB tarcia, wic skorzystam z zasady zachowania energii. WA[NE: z punktu widzenia fizyki caBy prt mog zastpi punktem materialnym o takiej samej masie umieszczonym w [rodku ci\ko[ci prta. IÉ2 1 (L - L - L1)gm = 2 2 L Lmg Lmg 3g 1 rad gm = IÉ2 Ò! É = = = = 5,42 2 s 1 6 3I 3 mL2 L 9 v = É Å" r 1 2 2 m 1 1 1 m v1 = É Å"(L - L) = LÉ = Å"5,42 = 3,62 v2 = É Å" L = LÉ = Å"5,42 = 1,81 3 3 3 s 3 3 3 s Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 54 Utworzona: 25.11.2006 16:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 7  Dynamika ruchu obrotowego. Zmodyfikowana: 7.12.2006 19:37 zad. 6. m Dane: H = 1 m , v0 = 0 , g = 9,81 , s2 Szukane: va = ?, vb = ? v = ? (dla f = 0 ), Je\eli jest to staczanie bez po[lizgu to mo\na skorzysta z zale\no[ci: v = ÉR Z zasady zachowania energii: mv2 I Å"É2 mgH = + 2 2 mv2 I Å"v2 mgH = + 2 2R2 mgH 2R2mgH v = = mR2 + I mR2 + I 2R2 dla kr\ka: 1 Ia = mR2 2 2R2mgH 2R2mgH 4 4 m va = = = gH = Å"9,81Å"0,5 = 2,56 3 s 1 mR2 + Ia mR2 + mR2 3 2 dla kuli: 2 Ib = mR2 5 2R2mgH 2R2mgH 10 10 m vb = = = gH = Å" 9,81Å" 0,5 = 2,65 7 s 2 mR2 + Ib mR2 + mR2 7 5 gdy f = 0 wtedy É = 0 mv2 mgH = 2 m v = 2gH = 2Å"9,81Å"0,5 = 3,13 s zad. 7. Dane: ¸ , g , Szukane: a = ? , f = ? , ruch postpowy: Q -T = ma ruch obrotowy: M = T Å" R 1 a 1 M = I Å"µ = mR2 Å" = mRa 2 R 2 1 1 mRa = TR Ò! T = ma 2 2 1 2 Q - T = ma Ò! mg sin¸ - ma = ma Ò! a = g sin¸ 2 3 1 1 2 1 sin ¸ 1 T = ma Ò! f Å" mg cos¸ = m g sin¸ Ò! f = = tg ¸ 2 2 3 3 cos¸ 3 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 55 Utworzona: 25.11.2006 16:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 7  Dynamika ruchu obrotowego. Zmodyfikowana: 7.12.2006 19:37 zad. 8. obr Dane: n0 = 900 , N = 75 , Ék = 0 , WT = 44,4 J , min. Szukane: I = ? , MT = ? , obr 1 obr obr n0 = 900 = 900Å" = 15 min. 60 s s É0 = 2 n0 ruch obrotowy jednostajnie opózniony wic: É0 Ék = É0 - µt Ò! 0 = É0 - µt Ò! µ = t É0 2 2Õ 2Å" 2 N 2N 2 1 1 1 Õ = É0t - µt Ò! Õ = É0t - t Ò! Õ = É0t Ò! t = = = 2 2 2 t É0 2 n0 n0 WT = "E I Å"É02 2WT 2WT WT 44,4 WT = Ò! I = = = = = 0,01 kg m2 2 (2 n0)2 2 Å"  2 Å"152 É02 2 2n02 M = I Å"µ É0 n0É0 n0 Å" 2 n0 WT WT 44,4 MT = I Å" = Å" I = Å" = = = 0,0942 Nm t 2N 2N 2 N 2  Å"75 2 2n02 II sposób  mo\na policzy prac z prostego wzoru, bo dziaBa staBy moment siBy T : WT WT 44,4 W = M Å"Õ Ò! MT = = = = 0,0942 Nm Õ 2 N 2  Å"75 zad. 9. obr Dane: mstolika = m1 = 100 kg , mstudenta = m2 = 60 kg , n1 = 10 , min. obr Szukane: n2 = ? , min. Trzeba skorzysta z zasady zachowania momentu pdu: L1 = L2 I1 I1 Å"É1 = I2 Å"É2 Ò! I1 Å" 2 n1 = I2 Å" 2 n2 Ò! I1 Å" n1 = I2 Å" n2 Ò! n2 = Å" n1 I2 1 I1 = m1R2 + m2R2 = R2(1 m1 + m2) 2 2 1 1 I2 = m1R2 + m2 Å"02 = m1R2 2 2 R2(1 m1 + m2) m1 + 2m2 I1 m2 2 60 obr n2 = Å"n1 = Å" n1 = Å" n1 = (1+ 2 )Å" n1 = (1+ 2 )Å" n1 = 22 I2 m1 100 min. 1 m1R2 m1 2 Dodatkowe zagadnienie: Jaki jest stosunek energii kinetycznej ruchu obrotowego do energii caBkowitej energii kinetycznej dla walca wykonujcego ruch bez po[lizgu po linii prostej. 1 I0 = mR2 v = ÉR 2 obr I0É2 1 1 Ek I0É2 mR2É2 1 2 2 2 = = = = = caBa. Ek I0É2 + mv2 I0É2 + mv2 1 mR2É2 + mÉ2R2 3 3 2 2 2 2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 56 Utworzona: 8.12.2006 20:55 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium II  Zadania. Zmodyfikowana: 14.12.2006 12:11 Kolokwium II  Zadania 8.12.2006 r. PrzykBadowe zestawy zadaD do rozwizania na kolokwium. Tre[ci zadaD  Zestaw A zad. 1. W pionowo podwieszony za jeden z koDców prt o masie m i dBugo[ci l uderza pocisk o masie m1 i prdko[ci v1. Po zderzeniu ciaBa skleiBy si. Jaka jest prdko[ ktowa tu\ po zderzeniu? zad. 2. KoBo zamachowe posiadajce energi kinetyczn E wiruje z prdko[ci obrotow n . Po jakim czasie przyBo\ony do tego koBa staBy moment siBy M zwikszy jego prdko[ obrotow do dwukrotnie wikszej? zad. 3. Jaka jest prdko[ koDcowa (u podnó\a równi) [rodka masy walca staczajcego si bez po[lizgu z równi pochyBej z wysoko[ci H ? ZaBó\, \e prdko[ pocztkowa walca wynosiBa 0. zad. 4. CiaBo o masie m i prdko[ci v odbija si idealnie spr\y[cie od [ciany ustawionej prostopadle do kierunku ruchu. Jaka jest [rednia warto[ siBy podczas zderzenia tego ciaBa ze [cian, je\eli czas zetknicia tych ciaB wynosiB "t ? zad. 5. ChBopiec rozcignB spr\yn o "x z poBo\enia równowagi. Jego ojciec rozcignB spr\yn jeszcze (dodatkowo) o 2"x . Jak prac wykonaB ojciec, je\eli wspóBczynnik spr\ysto[ci spr\yny wynosi k ? zad. 6. Samochód o masie m i dysponujcy moc silnika P jedzie w gór po równi o kcie nachylania ± i wspóBczynniku tarcia f . Z jak maksymaln prdko[ci mo\e porusza si ten samochód? zad. 7. Rzucono poziomo kamieD w jednorodnym polu grawitacyjnym. Po czasie t jego energia kinetyczna stanowi 1,5 energii kinetycznej w chwili t = 0 . Z jak prdko[ci pocztkow wyrzucono kamieD? zad. 8. CiaBo porusza si w pBaszczyznie poziomej po okrgu ze staB prdko[ci. Jest podczepione do nierozcigliwej i niewa\kiej nici o dBugo[ci L odchylonej od pionu o kt ± . Jaka jest czstotliwo[ tych obrotów? Szkice rozwizaD do zadaD znajduj si na kolejnych stronach. Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 57 Utworzona: 8.12.2006 20:55 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium II  Zadania. Zmodyfikowana: 14.12.2006 12:11 Szkice rozwizaD  Zestaw A zad. 1. Dane: m , l , m1 , v1, Szukane: É = ? , v v1 É1 = = R l liczenie momentów bezwBadno[ci: I1 = I = mR2 = m1l2 pocisku 1 I0 = ml2 12 2 I = I0 + md 1 1 I = ml2 + m(1 l)2 = ml2 preta 12 2 3 1 I2 = I + I = ml2 + m1l2 = (1 m + m1)l2 preta pocisku 3 3 z zasady zachowania momentu pdu: L1 = L2 I1 m1l2 v1 m1v1 I1É1 = I2É Ò! É = É1 = = I2 (1 m + m1)l2 l (1 m + m1)l 3 3 zad. 2. Dane: E , n , M = cosnt., nk = 2n , Szukane: t = ? , É0 = 2 n Ék = 2 nk = 2  Å" 2n = 4 n IÉ02 2E 2E E E = Ò! I = = = 2 (2 n)2 2 2n2 É02 Ék = É0 + µ Å"t Ék -É0 4 n - 2 n 2 n µ = = = t t t E 2 n E E M = I Å"µ = Å" = Ò! t = 2 2n2 t  n Å"t  Mn Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 58 Utworzona: 8.12.2006 20:55 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium II  Zadania. Zmodyfikowana: 14.12.2006 12:11 zad. 3. Dane: H , g , v0 = 0 , Szukane: v = ? , moment bezwBadno[ci walca: 1 I = mR2 2 walec stacza si bez po[lizgu: v v = ÉR Ò! É = R z zasady zachowania energii: mv2 IÉ2 mgH = + 2 2 mv2 1 mR2 Å" v2 2 mgH = + 2 2R2 4gH = 2v2 + v2 4gH gH v2 = Ò! v = 2 3 3 zad. 4. Dane: m , v , "t , Szukane: F[r = ?, p = mv "p = mv - m(-v) = 2mv v a = t v mv p F = ma = m = = t t t "p 2mv "p = F[r Å" "t Ò! F[r = = "t "t zad. 5. Dane: k , "x , "x'= 2"x , Szukane: Wojca = ? , kx2 E = 2 W = "E k("x)2 Wch = 2 k("x + "x')2 k(3"x)2 k("x)2 8k("x)2 Wojca = -Wch = - = = 4k("x)2 2 2 2 2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 59 Utworzona: 8.12.2006 20:55 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium II  Zadania. Zmodyfikowana: 14.12.2006 12:11 zad. 6. Dane: m , P , ± , f , g , Szukane: vmax = ? , T = fmg cos± Q = mg sin± F = T + Q = fmg cos± + mg sin± = mg( f cos± + sin±) Dla ruchu jednostajnego: s v = t W = F Å" s W F Å" s P P = = = F Å"v Ò! v = t t F P vmax = mg( f cos± + sin±) zad. 7. Dane: t , Ek 2 = 1,5Ek1 , g , Szukane: v0 = ? , mv02 Ek1 = 2 3 mv02 3mv02 Ek 2 = 1,5Ek1 = = 2 2 4 CiaBo w pionie porusza si ruchem jednostajnie przyspieszonym z vy0 = 0 : gt2 h = 2 Z zasady zachowania energii: mv02 3mv02 mgh + = 2 4 gt2 mv02 mg = Ò! v02 = 2g2t2 Ò! v0 = gt 2 2 4 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 60 Utworzona: 8.12.2006 20:55 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium II  Zadania. Zmodyfikowana: 14.12.2006 12:11 zad. 8. Dane: L , ± , g , Szukane: f = ? , 1 f = T 2  T = É r r Na ciaBo dziaBaj dwie siBy: nacig nitki N oraz ci\ar Q : N¥" = Q = mg v2 N = mad = m R Z geometrii ukBadu wiem, \e: R sin± = Ò! R = Lsin± L v2 m N v2 v2 gL R tg ± = = = = Ò! v = gLsin± Å" tg ± = sin± N¥" mg gR gLsin± cos± v v = ÉR Ò! É = R gL v sin± 1 É 1 gL 1 g cos± R f = = = = = = T 2  2  2 Lsin± 2  L2 cos± 2  L cos± Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 61 Utworzona: 1.12.2006 22:56 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 8  Ruch drgajcy. Zmodyfikowana: 15.12.2006 18:41 ZESTAW 8  Ruch drgajcy 1.12.2006 r. Wa\ne wzory: OSCYLATOR HARMONICZNY PROSTY x(t) = Acos(Ét +Õ) xmax = A dx v(t) = = -AÉ sin(Ét +Õ) vmax = AÉ dt 2 dv d x a(t) = = = -É2Acos(Ét +Õ) = -É2Å"x(t) amax = AÉ2 dt dt2 F(t) = m Å" a(t) = -mÉ2Å"x(t) = -k Å" x(t) k k = mÉ2 Ò! É = m gdzie: A  amplituda ruchu (maksymalne wychylenie), Õ  staBa fazowa, poBo\enie pocztkowe ruchu, (Ét +Õ)  faza ruchu. ENERGIA DRGAC HARMONICZNYCH Ec = Ep + Ek 1 1 1 Ep = kx2 = kA2 cos2(Ét +Õ) Ep = kA2 2 2 2 max 1 1 1 1 Ek = mv2 = mA2É2 sin2(Ét +Õ) = kA2 sin2(Ét +Õ) Ek = kA2 2 2 2 2 max 1 1 1 Ec = kA2 cos2(Ét +Õ) + kA2 sin2(Ét +Õ) = kA2(cos2(Ét +Õ) + sin2(Ét +Õ)) 2 2 2 cos2(Ét +Õ) + sin2(Ét +Õ) = 1 1 Ec = kA2 2 Po podstawieniu za k = mÉ2 : 1 1 Ep = kx2 = mÉ2x2 2 2 1 1 Ek = mv2 = mÉ2(A2 - x2) 2 2 poniewa\: Ec = Ep + Ek 1 1 1 kA2 = kx2 + mv2 2 2 2 kA2 - kx2 v2 = m k v2 = (A2 - x2) m v2 = É2(A2 - x2) Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 62 Utworzona: 1.12.2006 22:56 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 8  Ruch drgajcy. Zmodyfikowana: 15.12.2006 18:41 zad. 1. Dane: m0 = 1,65 kg , x0 = 7,33 cm , m A = 11,6 cm , m1 = 2,43 kg , x1 = 8 cm , t2 = 0,215 s , g = 9,81 , s2 Szukane: E = ? , vmax = ? , amax = ? , v1 = ? , Ek1 = ? , Ep1 = ? , x2 = ? , v2 = ? , a2 = ? , Na ciaBo o masie m0 podwieszone do spr\yny dziaBaj dwie siBy, które si równowa\: Q = Fs m0g 1,65Å"9,81 N mg = kx Ò! k = = = 220,8 m x0 0,0733 1 1 E = kA2 = Å" 220,8Å" 0,1162 = 1,4855 J 2 2 k É = m k 220,8 m vmax = AÉ = A = 0,116Å" = 1,106 s m1 2,43 k m amax = AÉ2= vmaxÉ = vmax = 10,54 s2 m1 k v2 = (A2 - x2) m k 220,8 m v1 = (A2 - x12) = Å"(0,1162 - 0,082) = 0,80 s m1 2,43 1 1 Ek = m1v2 = Å" 2,43Å" 0,82 = 0,778 J 2 2 1 1 1 Ep = kx12 = Å" 220,8Å" 0,082 = 0,707 J 2 2 1 k 220,8 É = = = 9,532 m1 2,43 t2É = 0,215Å"9,532 = 2,049 x(t) = Acos(Ét) x(t2) = 0,116Å"cos(2,049) = -0,0534 m v(t) = -AÉ sin(Ét) m v(t2) = -0,116Å"9,532 Å"sin(2,049) = -0,982 s a(t) = -É2Acos(Ét) = -É2Å"x(t) m a(t2) = -É2Å"x(t2) = -9,5322Å" - 0,0534 = 4,85 s2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 63 Utworzona: 1.12.2006 22:56 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 8  Ruch drgajcy. Zmodyfikowana: 15.12.2006 18:41 zad. 2. N Dane: k = 8 , m = 0,5 kg , A = 10 cm , m x = 6 cm , x1 = 0 cm , x2 = 8 cm , Szukane: vmax = ? , amax = ? , vx = ? , ax = ? , "t = ? , k 8 É = = = 16 = 4 m 0,5 m vmax = AÉ = 0,1Å" 4 = 0,4 s m amax = AÉ2= 0,1Å" 42 = 1,6 s 1 x 1 6 x = Acos(Ét) Ò! t = arccos( ) = arccos(10) = 0,232 s É A 4 m v(t) = -AÉ sin(Ét) Ò! vx = -0,1Å" 4Å"sin(4Å"0,232) = -0,32 s m a(t) = -É2Acos(Ét) Ò! ax = -42 Å"0,1Å"cos(4Å"0,232) = -0,96 s2 x1 1 1 0 x1 = Acos(Ét1) Ò! t1 = arccos( ) = arccos(10) = 0,393 s É A 4 x2 1 1 8 x2 = Acos(Ét2) Ò! t2 = arccos( ) = arccos(10) = 0,161 s É A 4 "t = t1 - t2 = 0,393 - 0,161 = 0,232 s zad. 3. 1 Dane: A = 3 cm , v = vmax , 2 Szukane: x = ? cm , vmax = AÉ 1 1 v = vmax = AÉ 2 2 v(t) = -AÉ sin(Ét) 1 AÉ = -AÉ sin(Ét) 2 1 1   sin(Ét) = - Ò! Ét = arcsin(- ) = - 2 2 6 x(t) = Acos(Ét) 3   x = Acos(- ) = 3Å" H" 2,60 cm 6 2 zad. 4. 1 Dane: Ek = Ep , xb = A, 2 Ek 1 Szukane: xa (dla Ek = Ep ), = ? (dla xb = A), Ec 2 1 1   Ek = Ep Ò! kA2 sin2(Ét) = kA2 cos2(Ét) Ò! sin(Ét) = cos(Ét) Ò! Ét = 2 2 4 A 2 x(t) = Acos(Ét) Ò! xa = Acos( ) = 4 2 1 1 Ec - Ep Ek kA2 - kxb2 A2 - (1 A)2 2 2 2 Å"100% = Å"100% = Å"100% = Å"100% = 75% 1 Ec Ec kA2 A2 2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 64 Utworzona: 1.12.2006 22:56 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 8  Ruch drgajcy. Zmodyfikowana: 15.12.2006 18:41 15.12.2006 r. zad. 5. m Dane: m = 0,05 kg , R = 3,2 mm, T = 2,7 s , g = 9,81 , s2 g Szukane: Á = ? (gsto[ cieczy), cm3 m m T = 2  Ò! k = 4 2 T 2 k CiaBo to pBywa w cieczy wic dziaBa na nie siBa wyporu. Gdy ciaBo zanurzy si gBbiej w cieczy to dziaBa na nie siBa wyporu wiksza o: "Fw = "m Å" g gdzie "m  to masa dodatkowo wypartej wody, m Á = Ò! m = ÁV Ò! "m = Á"V V V = S Å" h Ò! V =  R2x Ò! "V =  R2"x Przyrost siBy wyporu peBni rol siBy spr\ysto[ci ( przywraca równowag ukBadowi ): Fs = -k Å" x Ò! "Fs = k"x m 4 2 T "x 2 4 m "Fw = "Fs Ò! "mg = k"x Ò! Á"Vg = k"x Ò! Á = = 2  R2"xg T R2g 4 m 4  Å" 0,05 kg g g 1000 Á = = = 858 = 858Å" = 0,858 2 m3 1003 cm3 cm3 T R2g 2,72 Å" 0,00322 Å"9,81 zad. 6. Dane: S , l , g , Szukane: T = ? , Á  gsto[ cieczy (jako dana pomocnicza), m T = 2  k m = ÁV = Á Å" Sl "m = Á"V = Á Å" S Å" (x + x) = 2ÁS Å" x F = a"m = -g"m = -g Å" 2ÁS Å" x = -2ÁSg Å" x F = -kx Ò! - 2ÁSg Å" x = -kx Ò! k = 2ÁSg Á Å"Sl l T = 2  = 2  2ÁSg 2g Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 65 Utworzona: 1.12.2006 22:56 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 8  Ruch drgajcy. Zmodyfikowana: 15.12.2006 18:41 zad. 7. m Dane: x = 0,098 m , t = 10 s , An = A1 Å"1% , g = 9,81 , s2 Szukane: ´ = ? (wspóBczynnik tBumienia), a) bt 2 m x = Ae- An = 0,01Å" A1 bÅ"0 2 m bÅ"t A1 Ae- A1 1 2 m bÅ"t b ln100 = Ò! = Ò! 100 = e Ò! ln100 = Ò! = bÅ"t bÅ"t 2m 2m t 2 m 2 m An Ae- 0,01Å" A1 e- wiem, \e: b ´ = 2m ln100 4,6 1 ´ = H" = 0,4 s t 10 b) wiem, \e [?]: k É = m b É = = ´ 2m Fs = Q g k kx = mg Ò! = m x g 9,81 k 1 = ´ Ò! ´ = = H" 10 m x 0,098 s Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 66 Utworzona: 1.12.2006 22:56 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 8  Ruch drgajcy. Zmodyfikowana: 15.12.2006 18:41 zad. 8. Dane: l = 99,4 cm , A1 = 5 cm , A2 = 4 cm , Szukane: A3 = ? , Ä = ? (czas relaksacji), a) Zauwa\yBem, \e [?]: A1 - A2 A2 - A3 = A1 A2 A1A2 - A2A1 + A2 A2 A22 A2 A1 - A2A2 = A1A2 - A1A3 Ò! A3 = = A1 A1 42 16 A3 = = = 3,2 cm 5 5 b) Wiadomo, \e: l T = 2  g oraz: 1 Ä = ´ T´ = › An › = ln An+1 gdzie: Ä  czas relaksacji, ´  wspóBczynnik tBumienia, ›  dekrement logarytmiczny, wic: › T´ = › Ò! ´ = T 0,994 l 2  2  1 T 2 g 9,81 Ä = = = = H" H" 8,969 s A1 0,05 ´ › 0,223 ln ln A2 0,04 zad. 9. 1 Dane: › = 0,0099 , E2 = E1, 2 Szukane: N = ? (liczba drgaD ukBadu), b 1 m E = kA2e- t 2 b b m m b E1 1 kA2e- t E1 e- t NT 2 m b = Ò! = Ò! 2 = e Ò! ln 2 = NT b b m 1 m m E2 1 kA2e- (t+NT ) E1 e- (t+NT ) 2 2 b ´ = 2m 2m› › = T´ Ò! T = b b m ln 2 1 m ln 2 b ln 2 ln 2 ln 2 = NT Ò! N = Å" = Å" = = H" 35 m b T b 2m› 2› 2Å"0,0099 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 67 Utworzona: 21.12.2006 12:52 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 9  Elektrostatyka. Zmodyfikowana: 12.01.2007 23:49 ZESTAW 9  Elektrostatyka 22.12.2006 r. Wa\ne wzory: PRAWO COULOMBA q1 Å" q2 F = k r2 gdzie: 1 k = 4Àµ0 µ0  przenikalno[ elektryczna pró\ni q1, q2  Badunki elektryczne r  odlegBo[ midzy Badunkami NAT[ENIE POLA POTENCJAA POLA Ep F V = E = q0 q0 Q wzór  roboczy : Fe = E Å" q V = k r Q E = k gdzie: r2 qQ gdzie: Ep  energia potencjalna Ep = k r q0  niewielki próbny Badunek dodatni Pole elektrostatyczne znaczy to samo co pole elektryczne. PRACA W POLU ELEKTROSTATYCZNYM W = qU gdzie: U  ró\nica potencjaBów, czyli "V = Vb -Va , KONDENSATOR PAASKI U Q µ0µS E = C = = d U d gdzie: d  odlegBo[ midzy okBadami kondensatora, S  powierzchnia okBadek kondensatora, C  pojemno[ elektryczna kondensatora (jednostk jest farad 1F ), WA[NE STAAE C2 µ0 H" 8,85Å"10-12 NÅ"m2 k H" 8,99Å"109 NÅ"m2 C2 e H" 1,6021773Å"10-19 C (Badunek elektronu, Badunek elementarny) me H" 9,1093897 Å"10-31 kg (masa elektronu) mp H" 1,6726213Å"10-27 kg (masa protonu) mn H" 1,6749286 Å"10-27 kg (masa neutronu) Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 68 Utworzona: 21.12.2006 12:52 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 9  Elektrostatyka. Zmodyfikowana: 12.01.2007 23:49 zad. 1. Dane: q1 = +5 µC , q2 = -2 µC , q3 = +5 µC , a = 0,1 m , Szukane: Fw3 = ? , [+rys.] Rozpatruj jedynie siBy dziaBajce na Badunek q3 . SiBy elektrostatyczne dziaBaj wzdBu\ linii Bczcej Badunki punktowe. qQ F = k r2 Fw3 = F13 + F32 5Å"10-6 Å"5Å"10-6 q1 Å" q3 F13 = k = 8,99Å"109 Å" H" 11,2375 N 2 2 (a 2) (0,1Å" 2) F13 = [F13 cos 45°, F13 sin 45°] 5Å"10-6 Å"(-2Å"10-6) q3 Å" q2 F32 = k = 8,99Å"109 Å" H" 8,99 N a2 0,12 F32 = [-F32, 0] Fw3 = [F13 cos 45° - F32, F13 sin 45° + 0] 2 2 Fw3 = [11,2375Å" - 8,99Å"10-3; 11,2375Å" ] = [-1,04; 7,95] N 2 2 zad. 2. C Dane: à = 4Å"10-5 m2 , q = 10-9 C , m = 10-3 kg , Szukane: ± = ? , [+rys.] à  gsto[ powierzchniowa Badunku, Q à = S Q  caBkowity zgromadzony Badunek, S  pole powierzchni, Dla naBadowanej pBaszczyzny prawd jest, \e: à E = 2µ0µ µ  wzgldna przenikalno[ o[rodka (dla pró\ni czy powietrza mo\na przyj, \e µ = 1), warunek równowa\enia si siBy dla kulki bdcej w bezruchu: Fe + N + Q = 0 à à Å" q 4Å"10-5 Å"10-9 Fe = E Å" q = Å" q = = = 2,26Å"10-3 N 2µ0µ 2µ0 Å"1 2Å"8,85Å"10-12 Q = mg = 10-3 Å"9,81 = 9,81Å"10-3 z geometrii ukBadu wynika, \e: Fe 2,26 Å"10-3 tg ± = = = 0,23 Ò! ± H" 13° Q 9,81Å"10-3 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 69 Utworzona: 21.12.2006 12:52 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 9  Elektrostatyka. Zmodyfikowana: 12.01.2007 23:49 zad. 3. Dane: Á1 (gsto[ cieczy), µ (przenikalno[ dielektryczna cieczy), Szukane: Á = ? (gsto[ kulki), [+rys.] Sytuacja przed zanurzeniem (czyli kulki w powietrzu): Q = mg = ÁVg F F tg ± = = Q ÁVg q1q2 1 q1q2 F = k = r2 4 µ0 r2 Sytuacja po zanurzeniu (czyli kulki w cieczy)  dziaBa dodatkowo siBa wyporu: Fw = Qwc = mcg = Á1Vg F1 F1 F1 tg ± = = = Q - Fw ÁVg - Á1Vg Vg(Á - Á1) q1q2 1 q1q2 1 q1q2 1 F F1 = k'Å" = = Å" Ò! F1 = r2 4 µ0µ r2 4 µ0 r2 µ µ kty maj by takie same wic warto[ci funkcji tangens te\ maj by takie same     (poniewa\ funkcja tangens jest ró\nowarto[ciowa na (- , )), zatem: 2 2 F F F1 F µÁ1 µ = Ò! = Ò! µ (Á - Á1) = Á Ò! Á = ÁVg Vg(Á - Á1) Á Á - Á1 µ -1 zad. 4. & zad. 5. V Dane: v0 = 1,2 Å"105 m , E = 30 , l = 10 cm , s cm vk Szukane: x = ? (gdzie x = ), v0 Dodatkowe zaBo\enie: poruszajcy si proton nie zderzy si z okBadami kondensatora. Mamy do czynienia ze zwykBym rzutem poziomym, tyle, \e nie w polu grawitacyjnym, ale w pole elektrostatycznym. vx = v0 = const. 0 s s l v = Ò! t = Ò! t = t v v0 l vy = a Å" t Ò! vy = a v0 vk 2 = v02 + vy 2 Przyspieszenie dziaBajce na ciaBo mo\na obliczy z II zasady dynamiki oraz ze wzoru na siB dziaBajc na Badunek w polu elektrostatycznym. Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 70 Utworzona: 21.12.2006 12:52 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 9  Elektrostatyka. Zmodyfikowana: 12.01.2007 23:49 F = mp Å" a F = q Å" E qE mp Å" a = q Å" E Ò! a = mp ostatecznie: 2 ëø öø l v04 a2l2 ìø ÷ø v02 + + 2 ìøa v0 ÷ø v02 + vy 2 ëø öø v02 v02 1 qE íø øø ìø ÷ø x = = = = v04 + l2 2 ìø ÷ø v0 v0 v0 mp v 0 íø øø 2 -19 1 4 ëø öø 2 x = (1,2Å"105) + ìø1,602Å"10 Å"30Å"102 ÷ø (10Å"10-2) = 2 ìø 1,673Å"10-27 ÷ø (1,2Å"105) íø øø 1 3,21Å"1010 = 2,074Å"1020 + 8,253Å"1022 Å"0,01 = H" 2,23 1,44Å"1010 1,44Å"1010 zad. 6. V Dane: p = 6,2Å"10-30 Cm , E = 150 , Õ = 180° , cm Szukane: W = ? , Dipol obraca si je\eli dziaBa na niego niezerowy moment siBy M . Znana jest zale\no[ (wystpuje tu iloczyn wektorowy): M = p × E r gdzie: p  wektor momentu dipolowego p = q Å"l . Energia potencjalna dipola wynosi (wystpuje tu iloczyn skalarny): Eo = - p o E Swobodne poBo\enie dipola to takie, \e wektory momentu dipolowego oraz nat\enia pola s równolegBe i maj takie same zwroty (wic kt ± = 0° ). W = "Ep = E'p -Ep = - pE cosÕ - (- pE cos±) = - pE cos180° + pE cos0° W = - pE Å"(-1) + pE Å"1 = 2 pE W = 2Å"6,2Å"10-30 Å"150Å"102 = 1,86Å"10-25 J zad. 7. & zad. 8. & Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 71 Utworzona: 21.12.2006 12:52 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 9  Elektrostatyka. Zmodyfikowana: 12.01.2007 23:49 zad. 9. Dane: a = 10 cm , q = 0,01 µC , Szukane: Ep1 = ? , Ep2 = ? , Przypadek 1º Przypadek 2º + q + q + q - q a a - q - q - q + q qQ 1 Ep = k = kq2 r r ëø 1 1 1 1 1 1 öø 2kq2 Ep1 = kq2 - + - - - ÷ø - = ìø a a a a a 2 a 2 a 2 íø øø 2Å"8,99Å"109 Å" (0,01Å"10-6)2 Ep1 = - = -12,7 µJ 0,1Å" 2 ëø öø ëø 1 1 1 1 1 1 öø ëø 4 2 öø 2 - 4 2 ÷ø Ep2 = kq2 - - - + + = kq2 + = kq2ìø ìø- ÷ø ìø- ÷ø ìø ÷ø a a a a a a 2 a 2 a 2 a 2 íø øø íø øø íø øø ëø öø 2 - 4 2 ÷ø Ep2 = 8,99Å"109 Å"(0,01Å"10-6)2ìø = -23,25 µJ ìø ÷ø 0,1Å" 2 íø øø Trwalszy ukBad jest ten, którego energia potencjalna jest ni\sza, poniewa\ trzeba byBoby wykona wiksz prac aby taki ukBad  zniszczy . Ep2 < Ep1 Trwalszy jest wic wariant numer dwa. zad. 10. Dane: C1 =12 µF , C2 = 5,3 µF , C3 = 4,5 µF, U = 12,5 V , Szukane: C123 = ? , q1 = ? , Q C = U PoBczenie równolegBe kondensatorów (napicie takie samo na ka\dym z kondensorów): q1 = C1U q2 = C2U q12 q12 = q1 + q2 = C1U + C2U = U (C1 + C2) Ò! = C1 + C2 Ò! C12 = C1 + C2 U n Ogólnie: C = . "Ci i=1 wic: C12 = C1 + C2 =12 + 5,3 =17,3 µF . Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 72 Utworzona: 21.12.2006 12:52 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 9  Elektrostatyka. Zmodyfikowana: 12.01.2007 23:49 PoBczenie szeregowe kondensatorów (Badunek na ka\dym z kondensorów jest taki sam): q q U12 = U3 = C12 C3 q q U123 1 1 1 1 1 U123 = U12 +U3 = + Ò! = + Ò! = + C12 C3 q C12 C3 C123 C12 C3 n 1 1 Ogólnie: = . "C C i=1 i 1 1 1 C12 + C3 C12C3 17,3Å" 4,5 wic: = + = Ò! C123 = = = 3,57 µF . C123 C12 C3 C12C3 C12 + C3 17,3 + 4,5 Dla obliczenia q1 nale\y zauwa\y, \e: q12 = q3 = q q = C123U Ò! q3 = C123U q3 C123U U3 = = C3 C3 C123 C123 C123 U = U3 +U12 = U +U12 Ò! U12 = U - U = U(1- ) C3 C3 C3 U12 = U1 = U2 q1 q1 C123 C1 = = Ò! q1 = C1U12 = C1 Å"U(1- ) C3 U1 U12 3,57 q1 = 12 Å"12,5Å"(1- )= 31 µC 4,5 zad. 11. Dane: C1 = 3,55 µF , U1 = 6,3 V , C2 = 8,95 µF , Szukane: U = ? , E = ? , E'= ? , Q ogólnie: C = U W czasie Badowania na kondensator pierwszy przepBywa Badunek: Q = C1U1 Po odBczeniu kondensatora od baterii i przyBczeniu do drugiego kondensatora sumaryczny Badunek pozostaje bez zmian (tj. Badunek nie ucieka, ani nie przybywa), wic: Q = Q1 + Q2 Ò! C1U1 = C1U '1+C2U '2 Po podBczeniu równolegle kondensatorów ich napicia s sobie równe: U = U '1 = U '2 C1 3,55 C1U1 = C1U + C2U Ò! U = U1 = Å" 6,3 = 1,79 V C1 + C2 3,55 + 8,95 C12 = C1 + C2 2 CU Energia kondensatora wyra\a si wzorem: E = 2 2 C1U12 3,55Å"6,32 C12U (3,55 + 8,95) Å"1,792 E = = = 70,4 µJ E'= = = 20 µJ 2 2 2 2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 73 Utworzona: 21.12.2006 12:52 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 9  Elektrostatyka. Zmodyfikowana: 12.01.2007 23:49 Dodatkowe zagadnienia: a) Jaki jest potencjaB V pola oraz warto[ nat\enia E pola wytworzony przez poni\sze ukBady Badunków w zaznaczonych miejscach? (1) Dwa Badunki jednoimienne (np. dodatnie): + q + q r q1 q2 2q 2q 4q V1 = k V2 = k q1 = q2 V = V1 +V2 = k + k = k r r r r r 2 2 q1 q2 4q 4q E1 = k E2 = k q1 = q2 E = E1 - E2 = k - k = 0 2 2 r r r2 r2 ( ) ( ) 2 2 (2) Dwa Badunki ró\noimienne: - q + q r q1 q2 2q 2q V1 = k V2 = k q1 = -q2 V = V1 +V2 = k - k = 0 r r r r 2 2 q1 q2 4q - 4q 8q E1 = k E2 = k q1 = -q2 E = E1 - E2 = k - k = k 2 2 r r r2 r2 r2 ( ) ( ) 2 2 b) Umieszczono elektron przy ujemnie naBadowanej okBadce kondensatora pBaskiego. Ró\nica potencjaBów pomidzy okBadami wynosi U , a ich odlegBo[ wynosi d . Z jakim przyspieszeniem bdzie poruszaB si ten elektron? U Dla kondensatora pBaskie prawdziwe jest: E = d U Na elektron dziaBa siBa elektrostatyczna: F = qE = e d F eU Z drugiej zasady dynamiki: F = ma Ò! a = = me med c) Czstka o masie m i Badunku q zostaBa umieszczona w jednorodnym polu elektrostatycznym. Jaki bdzie pd tej czstki po pokonaniu ró\nicy potencjaBu U ? Praca w polu elektrostatycznym: W = qU Wykowywana nad czstk praca wpBywa na zmian jej energii kinetycznej: mv2 mv2 m (mv)2 p2 qU = Ò! qU = Å" Ò! qU = Ò! qU = Ò! p = 2mqU 2 2 m 2m 2m Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 74 Utworzona: 6.01.2007 23:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 10  Magnetyzm. Zmodyfikowana: 7.03.2007 0:38 ZESTAW 10  Magnetyzm 5.01.2007 r. Wa\ne wzory: Bd si pojawia w poni\szych zadaniach w odpowiednim kontek[cie, oprócz: B  wektor indukcji pola magnetycznego, jej warto[ wyra\a si w teslach (1 T ). Wzory robocze na warto[ indukcji magnetycznej: dla nieskoDczenie dBugiego przewodnika prostoliniowego: µ0 i B = 2À d gdzie: µ0  przenikalno[ magnetyczna pró\ni, N µ0 = 4À Å"10-7 A2 dla przewodnika w ksztaBcie okrgu: µ0 i B = 2 r gdzie: r  promieD okrgu, zad. 1. Dane: i1 = 3 A , i2 = 3 A , r = 13 cm , r1 = 5 cm , r2 =12 cm , Szukane: Bw = ? (warto[ wypadkowa indukcji magnetycznej w punkcie P ), Mamy do czynienie ze szczególnym przypadkiem (z twierdzenia Pitagorasa): r12 + r22 = r2 Ô! 52 +122 = 132 Ô! 25 +144 = 169 Ô! 169 = 169 wic odcinki r1 , r2 , r tworz trójkt prostoktny. Z reguBy prawej dBoni nale\y wyznaczy kierunki wektora indukcji magnetycznej od poszczególnych przewodników w punkcie P . Bw = B1 + B2 Jest to trójkt prostoktnych wic B1 ¥" B2 , std: Bw = B12 + B22 Z gotowych wzorów: µ0 i1 4À Å"10-7 3 B1 = = = 1,2Å"10-5 T 2À r1 2À 0,05 µ0 i2 4À Å"10-7 3 B2 = = = 0,5Å"10-5 T 2À r2 2À 0,12 Bw = B12 + B22 = (1,2 Å"10-5)2 + (0,5Å"10-5)2 =1,3Å"10-5 T Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 75 Utworzona: 6.01.2007 23:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 10  Magnetyzm. Zmodyfikowana: 7.03.2007 0:38 zad. 2. Dane: i , R , Bo = 0 , Szukane: ± = ? , z prawa Biota-Savarta: µ0 isin± d± dB = 4À R Na punkt w [rodku okrgu na warto[ indukcji magnetycznej wpBywaj: indukcja magnetyczn od jednego ( Bp1 ) i drugiego ( Bp2 ) prostoliniowego fragmentu drutu oraz indukcja magnetyczna od fragmenty Buku ( BBuku ). Z reguBy prawej dBoni wyznaczamy kierunki tych indukcji, wic wypadkowy wektor indukcji ( Bw ) ma posta: Bw = Bp1 + Bp2 - BBuku Z tre[ci zadania: Bw = Bo Ò! Bo = Bp1 + Bp2 - BBuku Ò! 0 = Bp1 + Bp2 - BBuku Ò! Bp1 + Bp2 = BBuku Dla indukcji magnetycznej jednego przewodnika w postaci póBprostej stycznej: À À 2 2 µ0 i µ0 i µ0 i µ0 i À Bp1 = 2 +"sin± d± = 4À R (- cos±) = 4À R (- cos - (-cos 0)) = 4À R 4À R 0 0 r r Kt 0 rad (w dolnej granicy caBki) bo w + " wektor dl r . r r À Kt rad (w górnej granicy caBki) bo w punkcie styczno[ci z okrgiem wektor dl ¥" r . 2 Dla indukcji magnetycznej drugiego przewodnika w postaci póBprostej stycznej, podobnie: À À µ0 i µ0 i µ0 i µ0 i À Bp2 = 2 +"sin± d± = 4À R (- cos±) = 4À R (- cosÀ - (-cos )) = 4À R 4À R À À 2 2 r r À Kt rad (w dolnej granicy caBki) bo w punkcie styczno[ci z okrgiem wektor dl ¥" r . 2 r r Kt À rad (w górnej granicy caBki) bo w + " wektor dl r oraz te wektory s przeciwnie skierowane. Dla indukcji magnetycznej przewodnika w postaci fragmentu Buku: gdzie ±R to dBugo[ tego Buku ±R ±R µ0 i µ0 i µ0 i µ0 i± BBuku = (l) = ±R = +"dl = 4À R2 0 4À R2 0 4À R2 4À R wic: Bp1 + Bp2 = BBuku µ0 i µ0 i µ0 i± µ0 i µ0 i + = Ò! 2 = ± Ò! ± = 2 rad 4À R 4À R 4À R 4À R 4À R Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 76 Utworzona: 6.01.2007 23:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 10  Magnetyzm. Zmodyfikowana: 7.03.2007 0:38 zad. 3. Dane: i = 10 A , R = 20 cm , Szukane: B = ? (warto[ indukcji pola magnetycznego w punkcie O ), Z reguBy prawej rki: Bw = BBuku + Bp1 + Bp2 + Bp3 + Bp4 Obliczam wic kolejne warto[ci tych indukcji pola magnetycznego: µ0 i± BBuku = (wyprowadzenie patrz zad. 2.) 4À R 3 µ0 i Å" À 3µ0 i 3Å" 4À Å"10-7 10 3 2 ± = À Ò! BBuku = = = = 23,56Å"10-6 T 2 4À R 2 R 8 0,2 Bp1 = 0 poniewa\ odlegBo[ tego przewodnika od punku O jest równa zero. z prawa Biota-Savarta: µ0 isin± d± dB = 4À R 3 3 À À 4 4 µ0 i µ0 i µ0 i µ0 i 2 3 À Bp2 = 4 2 +"sin± d± = 4À 2R (- cos± ) = 4À 2R (- cos À - (-cos )) = 4À 4R 4À 2R À À 2 2 À À 2 2 µ0 i µ0 i µ0 i µ0 i 2 À À Bp3 = 2 4 +"sin± d± = 4À 2R (- cos±) = 4À 2R (- cos - (- cos )) = 4À 4R 4À 2R À À 4 4 µ0 i 2 4À Å"10-7 10Å" 2 Bp2 = Bp3 = = = 1,77 Å"10-6 T 4À 4R 4À 4Å"0,2 Bp4 = 0 poniewa\ odlegBo[ tego przewodnika od punku O jest równa zero. Ostatecznie: Bw = BBuku + Bp1 + Bp2 + Bp3 + Bp4 Bw = 23,56 Å"10-6 + 0 +1,77 Å"10-6 +1,77 Å"10-6 + 0 = 27,1Å"10-6 T = 27,1µT zad. 4. Dane: B = 0,009 T , R = 1 cm (promieD spirali), h = 7,8 cm (skok spirali), Szukane: f = ? , v = ? , Na ciaBo poruszajce si w jednorodnym polu magnetycznym dziaBa siBa Lorenza: r r r F = qv × B r r F = q vBsin "(v, B) gdzie: q  warto[ Badunku ciaBa, v  prdko[ poruszajcego si ciaBa, B  warto[ indukcji pola magnetycznego, Mo\na zauwa\y, \e gdy: Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 77 Utworzona: 6.01.2007 23:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 10  Magnetyzm. Zmodyfikowana: 7.03.2007 0:38 r r "(v, B) = 0 Ò! sin 0 = 0 Ò! F = 0 wic ciaBo takie poruszaj si ruchem jednostajnym (lub w ogóle si nie porusza). ZaBó\my, \e ciaBo (elektron) wpada pod jednorodnego pola magnetycznego pod pewnym r r ktem ± (gdzie ± = "(v, B) ). Jego ruch mo\emy rozBo\y na dwa ruch skBadowe: zgodny (równolegBy) z kierunkiem linii pola ( v = const.) oraz prostopadBy do linii pola ( v¥" ). Mo\na wic teraz zapisa, \e: 2 v = v + v¥"2 gdzie: v = v cos± v¥" = vsin± RozkBadajc prdko[ci (ruchy) na skBadowe, mo\na mie te\ na my[li skBadowe siBy, a wic: skBadowa prostopadBa siBy Lorenza peBni rol siBy do[rodkowej (co jest oczywiste, bo jest to staBa siBa skierowana zawsze prostopadle do kierunku ruchu). F¥" = mad v¥"2 qBR qv¥"B = m Ò! v¥" = R m dla elektronu: eBR 1,6 Å"10-19 Å" 0,009 Å" 0,01 v¥" = = = 1,58Å"107 m s me 9,1Å"10-31 Natomiast wzdBu\ linii pola elektron porusza si ruchem jednostajnym: s = v Å"t h h = v T Ò! v = T gdzie: T  okres obiegu elektronu, Czy okres zale\y obiegu elektronu zale\y od jego prdko[ci? Sprawdzmy, ogólnie okres definiujemy: 2ÀR T = v ciaBo porusza si po okrgu (co byBo wyja[nianie powy\ej), wic v2 mv qvB = m Ò! R = R qB po podstawieniu: 2À mv 2Àm T = = v qB qB wic okres obiegu nie zale\y od prdko[ci. Dla elektronu: 2Àmp 2  Å"9,1Å"10-31 T = = = 0,397 Å"10-8 s eB 1,6Å"10-19 Å"0,009 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 78 Utworzona: 6.01.2007 23:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 10  Magnetyzm. Zmodyfikowana: 7.03.2007 0:38 1 1 f = = = 2,52 Å"108 Hz = 252 MHz T 0,397 Å"10-8 Mo\na teraz wyliczy: h 0,078 v = = =1,96 Å"107 m s T 0,397 Å"10-8 Ostatecznie: 2 v = v + v¥"2 = (1,96Å"107 )2 + (1,58Å"107 )2 = 2,52 Å"107 m s zad. 5. W Dane: i1 = i2 , = 4,3Å"10-5 , l Szukane: i = ? , Wzór na siB elektrodynamiczn dziaBajc na przewodnik z prdem: r F = il × B wic: µ0 i1 µ0 i1i2l F21 = i2lB1 = i2l = 2À d 2À d bo przewodnik prostoliniowy: µ0 i1 B1 = 2À d pobodnie: µ0 i2 µ0 i1i2l F12 = i1lB2 = i1l = 2À d 2À d bo przewodnik prostoliniowy: µ0 i2 B2 = 2À d wic: µ0 i1i2l F12 = F21 = 2À d µ0 i1i2l µ0i2l 1 Fz (x) = = Å" 2À x 2À x praca pod wpBywem zewntrznej siBy Fz (x) to: 3d 3d 3d µ0i2l 1 µ0i2l µ0i2l µ0i2l 3d W = (x) dx = dx = (ln x) = (ln3d - ln d) = ln z +"F +" 2À x 2À 2À 2À d d d d µ0i2l W 4À Å"10-7 Å"i2 W = ln3 Ò! = ln3 = i2 Å"10-7 Å" 2ln3 2À l 2À Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 79 Utworzona: 6.01.2007 23:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 10  Magnetyzm. Zmodyfikowana: 7.03.2007 0:38 W = 4,3Å"10-5 l 4,3Å"10-5 = i2 Å"10-7 Å" 2ln3 430 i2 = = 195,7 Ò! i = ±13,99 A 2ln 3 Wynik nale\y interpretowa tak, \e to ± nie ma znaczenia, bo albo prdy w obydwu przewodnikach pByn umownie w  prawo (czy w  gór ) albo prdy w obydwu przewodnikach pByn umownie w  lewo (czy w  dóB ). Grunt, \e pByn w tym samym kierunku. DokoDczenie tej listy zadaD Semestr: 07l Prowadzcy: doc. Krzysztof Roleder zad. 6. Dane: i1 = 30 A , i2 = 20 A , a = 10 cm , b = 15 cm , l = 45 cm , Szukane: Fw , [+rys.] Nale\y zacz od wyznaczenia kierunków siBy dziaBajcych na ka\dy z boków ramki. Po analizie ( reguBa prawej dBonie ) okazuje si, \e te siBy dziaBaj za zewntrz ramki. Rozpatruj pionowe fragmenty ramki: µ0i1 B1 = 2À Å" a µ0i1i2l F1 = i2lB1 = 2À Å" a µ0i1 B2 = 2À Å" (a + b) µ0i1i2l F2 = i1lB1 = 2À Å" (a + b) Rozpatruj poziome fragmenty ramki: nale\y zauwa\y, \e na górny fragment ramki dziaBa dokBadnie takie sama siBa jak na dolny co do warto[ci i kierunku, ale o przeciwnym zwrocie. Wic: F3 = -F4 F3 + F4 = 0 SiBy te równowa\ si. Ostatecznie wypadkowa siBa dziaBajca na ramk bdzie pozioma i skierowana w prawo poniewa\ F1 >F . Warto[ siBy wypadkowej to: 2 Fw = F1 - F2 µ0i1i2l µ0i1i2l µ0i1i2l 1 1 ëø öø Fw = - = ìø - ÷ø 2À Å" a 2À Å"(a + b) 2À a a + b íø øø 4À Å"10-7 Å"30Å"20Å"0,45 ëø 1 1 öø Fw = ìø - ÷ø = 3,24Å"10-4 N 2À 0,1 0,1+ 0,15 íø øø Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 80 Utworzona: 6.01.2007 23:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 10  Magnetyzm. Zmodyfikowana: 7.03.2007 0:38 zad. 7. Dane: d = 10 cm , i = 20 A , B = 0,016 T , Szukane: W , Moment magnetyczny to: pB = i Å" S , gdzie i to nat\enie prdu, a S to pole powierzchni. Moment siBy: Ä = pB × B Praca wyra\a si jako: W = - pB o B , poniewa\: W = d¸ = pB Å" B Å"sin¸ d¸ = pBB d¸ = - pBB cos¸ = - pB o B +"Ä +" +"sin¸ gdzie: ¸ to kt pomidzy wektorem indukcji B a wektorem powierzchni S . Rozpatrywany ukBad jest zachowawczy wic mo\na rozpatrze warto[ci energii potencjalnej w dwóch poBo\eniach. Odejmujc je od siebie uzyskamy prac: W = U (90°) -U (0°) = - pBB cos90° - (- pBB cos0°) = 0 + pBB = i Å" S Å" B 2 d ëø öø 2 1 S = Àr2 = À = Àd ìø ÷ø 4 2 íø øø 2 1 1 W = i Å" Àd Å" B = 20Å" Å"0,12 Å"À Å" 0,016 = 2,51Å"10-3 J 4 4 zad. 8. Dane: l = 1 m , B = 5Å"10-5 T , U = 10-3 V , Szukane: n (liczba obrotów na sekund), Prawo Faraday a d¦B • = - dt gdzie: • to warto[ siBy elektromotorycznej, ¦B to strumieD magnetyczny ¦B = o ds +"B Je\eli powierzchnia jest pBaska, a pole magnetyczne jest jednorodne to wtedy: ¦B = B o S = BS cos "(B, S) W tym zadaniu drut zakre[la koBo o promieniu l . Z prostej proporcji mo\na wyznaczy zale\no[ pola wycinka koBa od kta ± : ± S 1 = Ò! S = l2± 2 2À Àl2 1 ¦B = BS cos 0° = Bl2± 2 d¦B d± 2U 1 1 U = - Ò! U = - Bl2 = - Bl2É Ò! É = 2 2 dt dt Bl2 Poniewa\: d± É = dt É É = 2Àn Ò! n = 2À 2U U 10-3 obr n = = = = 6,37 s 2ÀBl2 ÀBl2 À Å"5Å"10-5 Å"12 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 81 Utworzona: 6.01.2007 23:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 10  Magnetyzm. Zmodyfikowana: 7.03.2007 0:38 zad. 9. obr Dane: S = 0,09 m2 , n = 60 , B = 0,5 T , s Szukane: •(t) (siBa elektromotoryczna od czasu), Ramka jest pBaska, a pole magnetyczne jest jednorodne, wic: ¦B = B o S = BS cos± gdzie ± to kt o jaki obróciBa si ramka (kt pomidzy wektorami B i S ). Z prawa Faraday a 2 d¦B BS(cos± ) d± • = - = - = BS sin± = BSÉ sin± dt dt dt Ogólnie w ruchu obrotowym: d± É = dt W ruchu obrotowym jednostajnym: ± É = Ò! ± = Ét t É = 2Àn Wic: •(t) = 2ÀnBS sin(2Ànt) = 2À Å"60Å"0,5Å"0,09Å"sin(2À Å"60Å"t) = 17sin(377t) zad. 10. Dane: B0 = 0,1 T , S = 25 cm2 (powierzchnia ramki), s = 1 mm2 (pole przekroju drutu), Á = 1,7 Å"10-8 &!m (opór wBa[ciwy), Szukane: Q (Badunek elektryczny), Z prawa Faraday a d¦B d(BS) dB • = - = - = -S (*) dt dt dt Indukcja nie zmienia si w zale\no[ci od wyboru na powierzchni. Swoj drog zmienia si w zale\no[ci od czasu. Uwzgldnia to równanie (*). U Z prawa Ohma (i = ) oraz siBa elektromotoryczna ( • ) to ró\nica potencjaBów (U ): R • = U = R Å"i wiadomo, \e: l R = Á s gdzie: l to dBugo[ przewodnika; s (maBe) to pole powierzchni drutu, Á to opór wBa[ciwy, u nas: l = 4Å" a = 4Å" S = 4Å" 25 = 20 cm (jest to obwód kwadratu, bo taki ksztaBt ma ramka) dq i = (definicja nat\enia prdu) dt l dq wic: • = U = R Å"i = Á s dt Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 82 Utworzona: 6.01.2007 23:28 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: ZESTAW 10  Magnetyzm. Zmodyfikowana: 7.03.2007 0:38 porównuj dwa wyra\enia na siB elektromotoryczn: dB üø • = -S ôø ôø dB l dq dt Ò! -S = Á Ò! - Ss Å" dB = Ál Å" dq Ò! - Ss Å" = Ál Å" ýø +"dB +"dq l dq dt s dt ôø • = Á ôø s dt þø Q 0 - Ss Å" = Ál Å" +"dB +"dq B0 0 S Å" s 25Å"10-4 Å"10-6 - Ss Å" (0 - B0) = Ál Å" (Q - 0) Ò! Q = B0 = Å" 0,1 = 73,5 mC Á Å" l 1,7 Å"10-8 Å" 20 Å"10-2 Koniec uzupeBnienia. Dodatkowe zagadnienie: Jaki jest stosunek skoku do promienia spiralnego toru elektronu poruszajcego si w jednorodnym polu magnetycznym? Wiadomo, \e elektron wpadB w pole pod ktem ± . Oznaczenia: R  promieD spirali, h  skok spirali, T  okres obiegu elektronu, r r ± = "(v, B) 2 v = v + v¥"2 v = v cos± v¥" = vsin± h h = v T Ò! v = (w razie wtpliwo[ci patrz zad. 4.) T v¥"T T = 2À v T v h vcos± = = 2À = 2À = 2À tg ± v¥"T R v¥" vsin± 2À Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 83 Utworzona: 12.01.2007 16:44 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium III  Zadania. Zmodyfikowana: 13.01.2007 17:09 Kolokwium III  Zadania 12.01.2007 r. PrzykBadowy zestaw zadaD do rozwizania na kolokwium. Tre[ci zadaD  Zestaw A zad. 1. Na pBaskiej powierzchni znajduje si kulka o masie M , która jest podczepiona do spr\yny o wspóBczynniku spr\ysto[ci k . W kulk uderza pocisk o masie m z prdko[ci v0 . Zderzenie jest idealnie niespr\yste (tj. obydwa ciaBa sklejaj si). UkBad zaczyna drga. Jaki jest okres i amplituda tych drgaD? Zaniedba mas spr\yny oraz siBy tarcia. B zad. 2. + q Oblicz warto[ i wyznacz kierunek wektora wypadkowego nat\enia pola w punkcie P . Patrz rysunek obok. P a Skorzystaj z symetrii ukBadu: punkt P le\y w poBowie odcinka BC . + 2q - q C A zad. 3. Kondensator pBaski powietrzny ma okBadki w odlegBo[ci 5 mm i o polu powierzchni równym 100 cm2 . Do tego kondensatora przyBo\one napicie równe 300 V . Nastpnie pomidzy okBadki wsunito dielektryk, ebonit o wzgldniej przenikalno[ci równej 2,6 . Jakie bdzie wówczas napicie na okBadach tego kondensatora? Jak zmieni si gsto[ powierzchniowa Badunku tego kondensatora przed i po wsuniciu dielektryka? zad. 4. À À PoBo\enie (w metrach) ciaBa w chwili t (w sekundach) opisuje równanie: x(t) = 2sin( t + ). 2 4 Jaki jest okres drgaD oraz prdko[ maksymalna i przyspieszenie maksymalne? zad. 5. Czstka o masie m i Badunku q zostaBa przyspieszona przez ró\nic potencjaBów U . Jaki pd uzyskaBa ta czstka? zad. 6. Pojedyncza czstka wytwarza pole elektrostatyczne. W odlegBo[ci r1 = 4 cm od tej czstki V nat\enie pola wynosi E1 = 5 . Jaki jest potencjaB w odlegBo[ci r2 = 10 cm od tej czstki? m zad. 7. Kondensator pBaski ma pojemno[ 2 mF (dwa mikro farady), a energia potencjalna ma warto[ 0,4 J . Jaki Badunek jest zgromadzony na tym kondensatorze? Szkice rozwizaD do zadaD znajduj si na kolejnych stronach. Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 84 Utworzona: 12.01.2007 16:44 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium III  Zadania. Zmodyfikowana: 13.01.2007 17:09 Szkice rozwizaD  Zestaw A zad. 1. Dane: M , m , k , v0 , Szukane: T = ? , A = ? , k k = mÉ2 Ò! É = m 2À 2À m + M T = = = 2À É k k m + M z zasady zachowania energii mo\na obliczy prdko[ tu\ po zderzeniu: m M Å"0 + mv0 = (M + m)v Ò! v = v0 M + m prdko[ ta jest prdko[ci maksymaln w ruchu drgajcym: m vmax M + m v0 mv0 m + M mv0 vmax = AÉ Ò! A = = = = É k (m + M )k (M + m)2 k m + M zad. 2. Dane: a , qA = +2q , qB = +q , qC = -q , Szukane: EP = ? (nat\enie pola w punkcie P ), q E = k B r2 EA + q Aatwo zauwa\y, \e EB EC P oraz EA ¥" EB i EA ¥" EC , wic: a EB EP 2 = (EB + EC )2 + EA2 . + 2q - q EC qA 2q 4q C A EA = k = k = k 2 2 2 2 a2 (a ) (a ) 2 2 qB q 2q EB = k = k = k EP 2 2 2 2 a2 (a ) (a ) 2 2 EB EA qC q 2q EC EC = k = k = k 2 2 2 2 a2 (a ) (a ) 2 2 2 2 2q 2q 4q kq kq ëøk + k öø ëøk öø EP = (EB + EC )2 + EA2 = + = 42 + 42 = 4 2 ìø ÷ø ìø ÷ø a2 a2 øø íø a2 øø a2 a2 íø Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 85 Utworzona: 12.01.2007 16:44 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium III  Zadania. Zmodyfikowana: 13.01.2007 17:09 zad. 3. Dane: d = 5 mm , S = 100 cm2 , U = 300 V , µr = 2,6 , Szukane: U '= ? , à = ? (gsto[ powierzchniowa Badunku), Q C = U S Q S S C = µµr Ò! = µµr Ò! Q = Uµµr d U d d Po przyBo\eniu do kondensatora napicia zgromadziB si na nim Badunek Q : S S S Q = Uµµr = Uµ Å"1Å" = Uµ d d d Po wsuniciu ebonitu Badunek zgromadzony na okBadkach kondensatora nie zmieni si: Q = const. S Q = U 'µµr d Porównuj obydwa wyra\enia na warto[ Badunku: S S U 300 Uµ = U 'µµr Ò! U = U 'µr Ò! U '= = = 115,38 V d d µr 2,6 Q Przypomn definicj gsto[ci powierzchniowej Badunku: à = . Aatwo zauwa\y, S \e zarówno Badunek zgromadzony na kondensatorze jak i powierzchnia okBadek nie zmienia si, wic równie\ gsto[ powierzchnia Badunku jest staBa i nie zale\y od µr . S Uµ Q Uµ 300Å"8,85Å"10-12 d C à = = = = = 5,31Å"10-4 m S S d 5Å"10-6 zad. 4. À À Dane: x(t) = 2sin( t + ), 2 4 Szukane: T = ? , vmax = ? , amax = ? , Z równania odczytuj, \e: A = 2 À É = 2 À Õ = 4 wic: 2À 2À T = = = 4 s À É 2 À m vmax = AÉ = 2Å" = À 2 s 2 2 À À m amax = AÉ2 = 2Å"( ) = 2 2 s2 Studenckie Notatki Cyfrowe SNy: Biotechnologia www.sny.one.pl sny@sny.one.pl Strona 86 Utworzona: 12.01.2007 16:44 Notatka: Fizyka I (FZC1003C)  wiczenia. Temat: Kolokwium III  Zadania. Zmodyfikowana: 13.01.2007 17:09 zad. 5. Dane: m , q , U , Szukane: p = ? , p = mv W = qU Skorzystam z zasady zachowania energii: mv2 mv2 m qU = Ò! qU = Ò! 2mqU = p2 Ò! p = 2mqU 2 2 m zad. 6. V Dane: r1 = 4 cm , E1 = 5 , r2 = 10 cm , m Szukane: V2 = ? , q E = k r2 q E1 = k Ò! k Å" q = E1 Å" r12 = 5 Å" 0,042 = 8Å"10-3 r12 q V = k r q k Å" q 8Å"10-3 V2 = k = = = 0,08 V r2 r2 0,1 zad. 7. Dane: C = 2 mF , Ep = 0,4 J , Szukane: Q = ? , Q Q C = Ò! U = U C Q Q QU Q2 C Ep = = = Ò! Q = 2CEp 2 2 2C Q = 2 Å" 2 Å"10-3 Å"0,4 = 0,04 C

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
listy zadan 08
Fizyka II listy 1 do 7
RP listy zadan 1 2
jurlewicz,matematyka,listy zadań
Algebra z geometrią analityczną listy zadań
Fizyka rozwiazania zadan2
analiza matematyczna Listy zadań

więcej podobnych podstron