Řešení úloh 1. kola 59. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autor úloh: J. Jírů

Podobné dokumenty
Řešení úloh 1. kola 60. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B Autoři úloh: J. Thomas (1, 2, 3, 4, 5, 7), M. Jarešová (6)

Řešení úloh 1. kola 49. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D. Dosazením do rovnice(1) a úpravou dostaneme délku vlaku

Elastické deformace těles

Řešení úloh 1. kola 54. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie C. s=v 0 t 1 2 at2. (1)

Z toho se η využije na zajištění funkcí automobilu a na překonání odporu vzduchu. l 100 km. 2 body b) Hledáme minimum funkce θ = 1.

5 Poměr rychlostí autobusu a chodce je stejný jako poměr drah uražených za 1 hodinu: v 1 = s 1

Řešení úloh 1. kola 60. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autor úloh: J. Jírů. = 30 s.

Řešení úloh 1. kola 52. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D., kde t 1 = s v 1

s 1 = d t 2 t 1 t 2 = 71 m. (2) t 3 = d v t t 3 = t 1t 2 t 2 t 1 = 446 s. (3) s = v a t 3. d = m.

Kolmost rovin a přímek

FYZIKA I. Kyvadlový pohyb. Prof. RNDr. Vilém Mádr, CSc. Prof. Ing. Libor Hlaváč, Ph.D. Doc. Ing. Irena Hlaváčová, Ph.D. Mgr. Art.

je dána vzdáleností od pólu pohybu πb

R2.213 Tíhová síla působící na tělesa je mnohem větší než gravitační síla vzájemného přitahování těles.

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

Kmitavý pohyb trochu jinak

Příklad 5.3. v 1. u 1 u 2. v 2

Řešení úloh krajského kola 60. ročníku fyzikální olympiády Kategorie A Autoři úloh: J. Thomas (1, 2, 3), V. Vícha (4)

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta technologická Ústav fyziky a materiálového inženýrství

Příklad 33 : Energie elektrického pole deskového kondenzátoru. Ověření vztahu mezi energií, kapacitou a veličinami pole.

1. Stanovení modulu pružnosti v tahu přímou metodou

7. Gravitační pole a pohyb těles v něm

1.7.5 Rovnováha na páce II

RBZS Úloha 1 Postup řešení

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Fyzikální korespondenční seminář UK MFF 18. II. P

2.1 Stáčivost v závislosti na koncentraci opticky aktivní látky

F (x, h(x)) T (g)(x) = g(x)

R t = b + b l ŘÍDÍCÍ ÚSTROJÍ. Ackermanova podmínka

Obr. 9.1 Kontakt pohyblivé části s povrchem. Tomuto meznímu stavu za klidu odpovídá maximální síla, která se nezývá adhezní síla,. , = (9.

Západočeská univerzita v Plzni. Technologický postup volně kovaného výkovku. Návody na cvičení. Benešová S. - Bernášek V. - Bulín P.

MAGNETICKÉ POLE. 1. Stacionární magnetické pole I I I I I N S N N

Úloha č. 1 pomůcky Šíření tepla v ustáleném stavu základní vztahy

Linearní teplotní gradient

III. Dynamika hmotného bodu

STACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE

PRŮKAZ ENERGETICKÉ NÁROČNOSTI BUDOVY

Vyřešením pohybových rovnic s těmito počátečními podmínkami dostáváme trajektorii. x = v 0 t cos α (1) y = h + v 0 t sin α 1 2 gt2 (2)

Hydraulické odpory třecí odpory místní odpory třecí odpory laminární proudění turbulentní proudění

Dynamika. Dynamis = řecké slovo síla

Přednáška 12 Obecná deformační metoda, nelineární úlohy u prutových soustav

6 DYNAMIKA SOUSTAVY HMOTNÝCH BODŮ

Řešení úloh 1. kola 49. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie A

STRUKTURA A VLASTNOSTI KAPALIN

Název: Studium kmitání matematického kyvadla

Grafické řešení úloh LP se dvěma neznámými

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: ŠČERBOVÁ M. PAVELKA V. NAMÁHÁNÍ NA OHYB A) NOSNÍKY NA DVOU PODPORÁCH ZATÍŽENÉ SOUSTAVOU ROVNOBĚŽNÝCH SIL

Zakřivený nosník. Rovinně zakřivený nosník v rovinné úloze geometrie, reakce, vnitřní síly. Stavební statika, 1.ročník bakalářského studia

vsinα usinβ = 0 (1) vcosα + ucosβ = v 0 (2) v u = sinβ , poměr drah 2fg v = v 0 sin 2 = 0,058 5 = 5,85 %

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.19 Název: Měření s torzním magnetometrem

Řešení úloh celostátního kola 49. ročníku fyzikální olympiády. Autořiúloh:P.Šedivý(1),L.Richterek(2),I.Volf(3)aB.Vybíral(4)

POHYB SPLAVENIN. 8 Přednáška

Fyzikální korespondenční seminář UK MFF 10. II. 2

3.1. Newtonovy zákony jsou základní zákony klasické (Newtonovy) mechaniky

Práce, výkon, energie

n je algebraický součet všech složek vnějších sil působící ve směru dráhy včetně

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

Řešení úloh 1. kola 55. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

Hmotný bod - model (modelové těleso), který je na dané rozlišovací úrovni přiřazen reálnému objektu (součástce, části stroje);

Testovací příklady MEC2

67) Čtyři Maxwellovy rovnice v nestacionárním poli obecná časová závislost. Zobecněný Ampérův zákon. rot. Faradayův indukční zákon.

1.5. DYNAMIKA OTÁČIVÉHO A SLOŽENÉHO POHYBU TĚLESA

DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 1. ročník - Mechanika

STAD. Vyvažovací ventily ENGINEERING ADVANTAGE

Definice Tečna paraboly je přímka, která má s parabolou jediný společný bod,

Modelování kmitavých soustav s jedním stupněm volnosti

PŘENESENÉ CHYBY FYZIKÁLNÍCH MĚŘENÍ

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2017 Studijní program: Fyzika Studijní obory: FFUM

Parametrická rovnice přímky v rovině

Učební text k přednášce UFY102

2 Odvození pomocí rovnováhy sil

Dynamika soustav hmotných bodů

[GRAVITAČNÍ POLE] Gravitace Gravitace je všeobecná vlastnost těles.

FYZIKÁLNÍ MODEL KYVADLA NA VOZÍKU

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

Test jednotky, veličiny, práce, energie, tuhé těleso

Necht na hmotný bod působí pouze pružinová síla F 1 = ky, k > 0. Podle druhého Newtonova zákona je pohyb bodu popsán diferenciální rovnicí

CVIČENÍ č. 10 VĚTA O ZMĚNĚ TOKU HYBNOSTI

BIOMECHANIKA DYNAMIKA NEWTONOVY POHYBOVÉ ZÁKONY, VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ SÍLY ČASOVÝ A DRÁHOVÝ ÚČINEK SÍLY

V roce 1687 vydal Newton knihu Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, ve které zformuloval tři Newtonovy pohybové zákony.

Řešení úloh regionálního kola 47. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B Autořiúloh:M.Jarešová(1,2,3)M.CvrčekaP.Šedivý(4)

TRIGONOMETRICKÉ MĚŘENÍ VÝŠKY PŘ EDMĚTU (koncové body předmětu jsou na svislici)

Mezní napětí v soudržnosti

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Základní rovnice. - laminární tok -

Měření povrchového napětí

Sestavení pohybové rovnosti jednoduchého mechanismu pomocí Lagrangeových rovností druhého druhu

1 ROZMĚRY STĚN. 1.1 Délka vnější stěny. 1.2 Výška vnější stěny

Vyzařovací(směrová) charakteristika F(θ,ϕ), výkonová směrová charakteristika F 2 (θ,ϕ), hustota vyzářeného výkonu S r

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

Extrémy funkce dvou proměnných

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

Přijímací zkouška pro nav. magister. studium, obor učitelství F-M, 2012, varianta A

Určete velikost zrychlení, kterým se budou tělesa pohybovat. Vliv kladky zanedbejte.

VLHKOST HORNIN. Dělení vlhkostí : Váhová (hmotnostní) vlhkost w - poměr hmotnosti vody ve vzorku k hmotnosti pevné fáze (hmotnosti vysušeného vzorku)

Řešení úloh celostátního kola 59. ročníku fyzikální olympiády. Úlohy navrhl J. Thomas

Betonové konstrukce (S) Přednáška 3

F7 MOMENT SETRVAČNOSTI

Hlavní body. Teplotní závislosti fyzikálních veličin. Teplota, měření

I Stabil. Lepený kombinovaný nosník se stojnou z desky z orientovaných plochých třísek - OSB. Navrhování nosníků na účinky zatížení podle ČSN

Transkript:

Řešení úo. koa 59. ročníku fyzikání oympiáy. Kategorie D Autor úoh: J. Jírů Obr. 1 1.a) Označme v veikost rychosti pavce vzheem k voě a v 0 veikost rychosti toku řeky. Pak patí Číseně vychází α = 38. b) Aam pava po obu t A = t 1 + Zbyněk pava po obu t Z = v v 0 = t 1 + v2 v 2 0 sin α = v 0 v = t 1 = t 1. = t 1 + t 1 t 1 = = 2 t 2 2 1 t 2 1 t 1 = 2 2t 1. t 1. 2 boy Číseně vychází t A = 240 s, t Z = 120 s. 5 boů c) Pro < je rychost toku řeky menší než rychost pavce, úoha má řešení. Pro = jsou veikosti rychosti toku řeky a pavců stejné, Aam v ruhé fázi zůstává vzheem k břehu na místě a o cíe se neostane. Zbyněk musí voit úhe α = 90 a je ve stejné situaci. Pro > je rychost toku řeky větší než rychost pavců, Aam v ruhé fázi a Zbyněk jsou unášeni tokem řeky a o cíe se neostanou. 3 boy 2.a) Z kinematických rovnic v 1 = gt, h = 1 2 gt2 ostaneme vyoučením času veikost rychosti míčku bezprostřeně pře zásahem: v 1 = 2gh.

Zvoíme-i směr osy y svise vzhůru, má iaboka souřanici rychosti v 0y = = 170 m s 1 a míček v 1y = 2gh (pohybuje se proti směru osy y). Ze zákona zachování hybnosti pyne pro souřanice hybnosti pyne m 0 v 0 + m 1 v 1 = (m 0 + m 1 )u, m 0 v 0y + m 1 v 1y = (m 0 + m 1 )u y. Z rovnice ostaneme u y = m 0v 0y + m 1 v 1y = m 0v 0 m 1 2gh = 1,1 m s 1. m 0 + m 1 m 0 + m 1 Jeikož je souřanice rychosti kaná, pohybuje se míček v kaném směru osy y, tj. nahoru, s počáteční rychostí o veikosti u = 1,1 m s 1. 5 boů Aternativní řešení bez zaveení soustavy souřanic: Užijeme zákon zachování hybnosti: m 0 v 0 + m 1 v 1 = (m 0 + m 1 )u. Jeikož se těesa pohybují proti sobě, je veikost hybnosti pře srážkou rovna veikosti hybnosti po srážce: m 0 v 0 m 1 v 1 = (m 0 + m 1 )u. Z rovnice pyne u = m 0v 0 m 1 v 1 m0 v 0 m 1 2gh = = 1,1 m s 1. m 0 + m 1 m 0 + m 1 Směr rychosti určíme oatečně porovnáním veikostí hybnosti těes pře srážkou. Veikost hybnosti iaboky je veikost hybnosti míčku p 0 = m 0 v 0 = 0,092 kg m s 1, p 1 = m 1 2gh = 0,070 kg m s 1. Jeikož p 0 >p 1, pohybuje se míček s iabokou ve směru vzhůru rychostí o veikosti u = 1,1 m s 1. b) Rychosti míčku a iaboky bezprostřeně pře srážkou jsou vzájemně komé. Ze zákona zachování hybnosti m 0 v 0 + m 1 v 1 = (m 0 + m 1 )w, pro veikosti hybností pyne (m 0 v 0 ) 2 + (m 1 v 1 ) 2 = [(m 0 + m 1 )w] 2. Obr. 2

Z rovnice ostaneme (m 0 v 0 ) 2 + (m 1 v 1 ) 2 (m 0 v 0 ) 2 + 2m 2 1 w = = gh = 5,9 m s 1. m 0 + m 1 m 0 + m 1 3 boy Směr rychosti určíme např. jako ochyku α rychosti w o svisého směru: Číseně vychází α = 53. tg α = m 0v 0 m 1 v 1 = m 0v 0 m 1 2gh. 2 boy 3.a) Označíme-i S obsah voorovné stěny kažého kváru a ρ jeho hustotu, pak patí ρ = m 1 = m 2. S Sh 2 Z rovnosti ruhého a třetího čenu pyne m 2 = h 2 m 1, (1) číseně m 2 = 760 g. 2 boy b) V prvním přípaě je veikost třecí síy mezi kváry menší než veikost třecí síy mezi soustavou kvárů a poožkou: fm 1 g <f (m 1 + m 2 ) g. Do pravé strany nerovnice osaíme vztah (1) a upravíme: ( f (m 1 + m 2 ) g = f m 1 + h ) ( 2 g = f m 1 Tím ostaneme Z nerovnice pyne m 1 fm 1 g <f m 1 + h 2 g. 1 + h 2 ) g = f m 1 + h 2 g. f > f. + h 3 boy 2 V ruhém přípaě je veikost třecí síy mezi kváry naopak větší než veikost třecí síy mezi soustavou kvárů a poožkou: Stejným postupem ostaneme fm 2 g >f (m 1 + m 2 ) g. f < h 2 f. + h 2 Pro heaný součinite f smykového tření patí obě pomínky, tj. f<f < h 2 f, + h 2 + h 2 číseně 0,15 <f < 0,20. 3 boy

c) V neinerciání vztažné soustavě spojené s oním kvárem můžeme na horní kvár vyvoat setrvačnou síu, jejíž veikost je nejvýše rovna veikosti třecí síy, která na horní kvár působí. V tomto krajním přípaě patí pro nižší kvár nahoře, resp. m 1 a max = fm 1 g m 2 a max = fm 2 g pro vyšší kvár nahoře. V obou přípaech ostaneme stejný výseek a max = fg = 3,4 m s 2. 4.a) Hmotnost kažého řetězu je přímo úměrná jeho éce. Proto patí m 2 = 2. m 1 1 Z rovnice pyne Poobně z rovnice ostaneme m 2 = 2 1 m 1 = 1,05 kg. m 3 m 1 = 3 1 2 boy 3 = m 3 1 = 2,60 m. m 1 2 boy b) Během zvíhání řetězu veikost síy nejprve přímo úměrně roste s hmotností visící části řetězu, a tím přímo úměrně s výškou horního konce řetězu. O okamžiku, ky se ceý řetěz ocitne na zemí, zůstává veikost síy konstantní. Po zavěšení třetího řetězu zůstává jeho část na poaze. Veikosti konečných si jsou: F 1 = m 1 g = 5,9 N, F 2 = m 2 g = 10,3 N, F 3 = h 0 m 3 g = 14,7 N. 3 3 boy c) Obsah pochy po grafem určuje vykonanou práci nutnou ke zvižení řetězu neboi potenciání [ energii řetězu vzheem] k zemi. Patí: 1 W 1 = E p1 = 2 0,8 5,9 + (2 0,8) 5,9 J = 9,4 J, [ ] 1 W 2 = E p2 = 2 1,4 10,3 + (2 1,4) 10,3 J = 13 J, W 3 = E p3 = 1 2 2 14,7 J = 15 J. 3 boy

Obr. 3 ) Po uvonění řetězu bez oheu na jeho éku paá kažý čánek voným páem, během něhož čánky na sebe vzájemně nepůsobí. Veikost rychosti opau poseního čánku kažého řetězu bue stejná a získáme ji např. ze ZZME pro posení čánek. Označíme-i hmotnost čánku m 0, patí: Z rovnice pyne m 0 gh 0 = 1 2 m 0v 2. v = 2gh 0 = 6,3 m s 1. 2 boy 5.a) Veikost tahové síy automobiu je rovna veikosti výsenice síy vaivého oporu a oporové síy vzuchu, které působí proti pohybu. Pro výkon tahové síy patí Ze vztahu pyne k = P 0 v 0 F v v 2 0 = P 0 v 3 0 P 0 = ( F v + kv 2 0) v0. F v v 2 0 = 0,96 N s 2 m 2 = 0,96 kg m 1. 2 boy b) Veikost tahové síy automobiu je rovna veikosti výsenice síy vaivého oporu, oporové síy vzuchu a sožky tíhové síy ve směru nakoněné roviny, které působí proti pohybu. Výkon tahové síy v závisosti na rychosti pak je P (v) = ( F v + kv 2 + mg h s ) v.

Graf sestrojíme poe tabuky, která uává vypočtený výkon pro zvoené veikosti rychosti: v km h 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 v m s 1 0 2,78 5,56 8,33 11,1 13,9 16,7 19,4 22,2 25,0 27,8 30,6 33,3 P kw 0 4,1 8,4 12,8 17,7 23,1 29,0 35,7 43,3 51,9 61,5 72,5 84,7 Grafy aších závisostí spňují rovnice ( P (v) = F v + mg h ) v, s 5 boů P (v) = mg h s v. Obě závisosti jsou přímé úměrnosti, stačí spojit přímkou počátek např. s boem určeným souřanicemi P (90km h 1 ) = 36,9 kw, P (90km h 1 ) = 29,9 kw. Obr. 4 2 boy c) Z grafu vyčteme veikost maximání rychosti v max = 104 km h 1. 1 bo 6.a) Horní kvár vysuneme vzheem ke sponímu tak, že se ještě nezvrátí. Přesah horního kváru vzheem ke sponímu je 2, čímž jeho těžiště bue na hranou sponího kváru. Poté soustavu obou kvárů vysuneme přes hranu stou tak, že se ještě nezvrátí. V této pooze je těžiště T 2 soustavy obou kvárů na hranou stou. Doní kvár přesahuje přes hranu o 4, proto cekový přesah horního kváru je 3 4.

Obr. 5 3 boy b) Dáme tři kváry na sebe a vysunujeme je postupně oshora poe přechozího návou. Experimentáně zjistíme, že tři kváry ke spnění úkou ještě nepostačují, ae již se čtyřmi ze požaovanou šikmou věž postavit (obr. 6). Obr. 6 3 boy c) Z úkou 1) pyne, že se první kvár posunu o 2, ruhý o 4. Po přiání třetího kváru se spojnice těžiště T 2 soustavy vou horních kvárů a těžiště třetího kváru rozěí v opačném poměru jejich hmotností, tj. v poměru 1:2. Těžiště se tak posune o třetinu z 2, tj o 6. Přiáním čtvrtého kváru se těžiště posune o čtvrtinu z 2, tj. o 8. Cekový maximání přesah pro 4 kváry má honotu 2 + 4 + 6 + 8 = 25 24. Ve skutečnosti z ůvou stabiity věže je nutné u kažého přesahu ponechat nepatrnou rezervu, přesto při praktickém proveení ze požaovaného cíe osáhnout. Obr. 7 4 boy

7.a) Souřanice spočteme poe vzorců x 1 = v 0 t 1 2 a 1t 2, x 2 = s 0 pro 0 s t 3 s, x 2 = s 0 1 2 a 2(t t 0 ) 2 pro 3 s t 15 s, ke s 0 = 150 m, t 0 = 3 s, a 1 = 1,5 m s 2, a 2 = 2,6 m s 2. t s x 1 m x 2 m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 20 39 56 72 86 99 110 120 128 135 140 144 146 147 147 150 150 150 150 149 145 138 129 118 103 86 67 45 20-7 -37 2 boy Obr. 8 2 boy b) Z grafu vyčteme t s = 7,9 s a x s = 119 m. 1 bo c) Sestrojení tečen a určení souřanic rychostí pomocí tečen: v x1 = 160 48 12,3 0 m s 1 = 9,1 m s 1, v x2 = Veikosti rychostí určené z časových rovnic pohybu: 30 160 15,0 4,7 m s 1 = 12,6 m s 1. v 1 = v 0 a 1 t s = 9,15 m s 1, v 2 = a 2 (t s t 0 ) = 12,7 m s 1. 3 boy V aném proveení se honoty získané konstrukcí iší o honot získaných z kinematických vzorců nejvýše o 0,8 %. 2 boy