Řešení úloh 1. kola 48. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autořiúloh:J.Jírů(1,3,4,7),I.Čáp(5),I.Volf(2),J.JírůaP.Šedivý(6)

Podobné dokumenty
Řešení úloh 1. kola 51. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D = s v 2

FYZIKA 1. ROČNÍK. Tématický plán. Hodiny: Září 7 Říjen 8 Listopad 8 Prosinec 6 Leden 8 Únor 6 Březen 8 Duben 8 Květen 8 Červen 6.

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

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

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

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Katedra fyziky, Studentská 2, Liberec

Rovnice rovnoměrně zrychleného pohybu

ÚSTŘEDNÍ KOMISE FYZIKÁLNÍ OLYMPIÁDY ČESKÉ REPUBLIKY

3. V případě dvou na sebe kolmých posunutí o velikostech 3 cm a 4 cm obdržíme výsledné posunutí o velikosti a) 8 cm b) 7 cm c) 6 cm d) 5 cm *

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.

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

II. Kinematika hmotného bodu

1) Jakou práci vykonáme při vytahování hřebíku délky 6 cm, působíme-li na něj průměrnou silou 120 N?

Rovnice rovnoměrně zrychleného pohybu

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

Digitální učební materiál

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

přednáška TLAK - TAH. Prvky namáhané kombinací normálové síly a ohybového momentu

PRÁCE, VÝKON, ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 1. ročník - Mechanika

Mechanická práce a. Výkon a práce počítaná z výkonu Účinnost stroje, Mechanická energie Zákon zachování mechanické energie

Příklad 5.3. v 1. u 1 u 2. v 2

e en loh 1. kola 41. ro n ku fyzik ln olympi dy. Kategorie D Auto i loh: J. J r (1,2,3,4,6,7), I. Volf (5) 1.a) Zrychlen vlaku p i brzd n ozna me a 1.

4. Práce, výkon, energie

Laboratorní práce č. 3: Kmitání mechanického oscilátoru

Vzorový protokol pro předmět Zpracování experimentu. Tento protokol by měl sloužit jako vzor pro tvorbu vašich vlastních protokolů.

III. Dynamika hmotného bodu

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

Ze vztahu pro mechanickou práci vyjádřete fyzikální rozměr odvozené jednotky J (joule).

Dynamika. Dynamis = řecké slovo síla

ROVNOMĚRNĚ ZRYCHLENÝ POHYB

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

Mechanika hmotného bodu

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

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 vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

1.4.3 Zrychlující vztažné soustavy II

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

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

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

přírodovědných a technických oborů. Scientia in educatione, roč. 5 (2014), č. 1, s

ANALÝZA PRŮCHODU PAPRSKOVÝCH SVAZKŮ KOUTOVÝM ODRAŽEČEM

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

Dynamika. Síla a její účinky na těleso Newtonovy pohybové zákony Tíhová síla, tíha tělesa a síly brzdící pohyb Dostředivá a odstředivá síla

= + = + = 105,3 137, ,3 137,8 cos37 46' m 84,5m Spojovací chodba bude dlouhá 84,5 m. 2 (úhel, který spolu svírají síly obou holčiček).

PŘÍTECH. Smykové tření

DĚLENÍ HETEROGENNÍCH SMĚSÍ PŮSOBENÍM ODSTŘEDIVÉ SÍLY

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

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

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P03 MECHANIKA TUHÝCH TĚLES

1.1.7 Rovnoměrný pohyb II

[GRAVITAČNÍ POLE] Gravitace Gravitace je všeobecná vlastnost těles.

BIOMECHANIKA. Studijní program, obor: Tělesná výchovy a sport Vyučující: PhDr. Martin Škopek, Ph.D.

Zákon zachování hybnosti I

FYZIKA I. Rovnoměrný, rovnoměrně zrychlený a nerovnoměrně zrychlený rotační pohyb

Fyzikální praktikum I

Okamžitý výkon P. Potenciální energie E p (x, y, z) E = x E = E = y. F y. F x. F z

( LEVEL 3 Laplaceova transformace jako nástroj řešení lineárních diferenciálních rovnic. )

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

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

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

Měření zrychlení volného pádu

Systém vztahů obecné pružnosti Zobecněný Hookeův zákon

KMITÁNÍ PRUŽINY. Pomůcky: Postup: Jaroslav Reichl, LabQuest, sonda siloměr, těleso kmitající na pružině

4. Statika základní pojmy a základy rovnováhy sil

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

3. SPLAVENINY VE VODNÍCH TOCÍCH. VZNIK SPLAVENIN (z povodí, z koryt v. t.) Proces vodní eroze

Řešení úloh 1. kola 47. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie C. t 1 = v 1 g = b gt t 2 =2,1s. t + gt ) 2

(2) 2 b. (2) Řešení. 4. Platí: m = Ep

Test jednotky, veličiny, práce, energie, tuhé těleso

1.3.2 Rovnoměrný pohyb po kružnici I

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

Mechanika kontinua - napětí

Řešení úloh 1. kola 58. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie C Autoři úloh: J. Thomas (1, 2, 5, 6, 7), J. Jírů (3), L.

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

4.1.5 Práce v elektrickém poli, napětí

Základní pojmy Rovnoměrný přímočarý pohyb Rovnoměrně zrychlený přímočarý pohyb Rovnoměrný pohyb po kružnici

Mechanické kmitání - určení tíhového zrychlení kyvadlem

Prvky betonových konstrukcí BL01 9 přednáška

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Katedra fyziky, Studentská 2, Liberec

11. Dynamika Úvod do dynamiky

Téma: Analýza kmitavého pohybu harmonického oscilátoru

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

1.3.6 Rovnoměrný pohyb po kružnici I

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

POHYB TĚLESA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

l, l 2, l 3, l 4, ω 21 = konst. Proved te kinematické řešení zadaného čtyřkloubového mechanismu, tj. analyticky

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

Řešení úloh 1. kola 56. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D

Výfučtení: Triky v řešení fyzikálních úkolů

4. Práce, výkon, energie a vrhy

plochy oddělí. Dále určete vzdálenost d mezi místem jeho dopadu na

KINEMATIKA. 17. ROVNOMĚRNÝ POHYB PO KRUŽNICI II. Frekvence, perioda. Mgr. Jana Oslancová VY_32_INOVACE_F1r0217

Kinematika hmotného bodu

Měření fotometrických parametrů světelných zdrojů

Příklad 3 (25 bodů) Jakou rychlost musí mít difrakčním úhlu 120? -částice, abychom pozorovali difrakční maximum od rovin d hkl = 0,82 Å na

Obsah. 2 Moment síly Dvojice sil Rozklad sil 4. 6 Rovnováha 5. 7 Kinetická energie tuhého tělesa 6. 8 Jednoduché stroje 8

Přípravný kurz z fyziky na DFJP UPa

Zadání programu z předmětu Dynamika I pro posluchače kombinovaného studia v Ostravě a Uherském Brodu vyučuje Ing. Zdeněk Poruba, Ph.D.

Počty testových úloh

Fyzika 1 - rámcové příklady Kinematika a dynamika hmotného bodu, gravitační pole

Transkript:

Řešení úloh 1. kola 48. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autořiúloh:J.Jírů(1,3,4,7),I.Čáp(5),I.Volf(2),J.JírůaP.Šedivý(6) 1.a) Jetliže kolo automobilu neprokluzuje, je velikot okamžité rychloti automobilu rovna velikoti obvodové rychloti libovolného bodu kola ve vzdálenoti r od oy otáčení. Pro výpočet hodnot okamžité rychloti automobilu, okamžité úhlové rychloti kola, uražené dráhy a úhlu otočení ve vybraných čaech použijeme vzorce v=at, ω= v r, =1 2 at2, ϕ= r, kde a= v 1 t 1 =1,5m 2. Hodnoty zapíšeme do tabulky a etrojíme grafy: t 0 2 4 6 8 10 12 v m 1 0 3 6 9 12 15 18 ω rad 1 0 12 24 36 48 60 72 0 3 12 27 48 75 108 m ϕ 0 12 48 108 192 300 432 rad ω rad 1 80 60 40 20 ϕ rad 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 t 0 0 2 4 6 8 10 12 Obr. R1 Obr. R2 6bodů b) Obahplochypodgrafemje 18rad 1 +48rad 1 5 = 165 rad. 2 Obahudáváúhelotočeníkolaautomobiluvčaovémintervaluod3do 8. c) Zgrafunapř.vyčteme,žeza10pohybuodjehopočátkueúhlovérychlot zvětšilaznulovéhodnotyna60rad 1.Směrnicepřímkyje t 1

ω 1 =60rad =6rad t 10 2. Fyzikální význam této veličiny je změna úhlové rychloti za jednotku čau, v našem případě e úhlová rychlot za každou ekundu rovnoměrně zvětšila o6rad 1. Poznámka:Veličina ε= ω e nazývá úhlové zrychlení. t 2.Označme v 1 =60km h 1, v 2 =50km h 1, t 1, t 2 dobybrzdění, 1, 2 brzdné dráhy. a) Zrovnic Ft 1 = mv 1, Ft 2 = mv 2 plyne t 2 t1 = v 2 v 1.Hledanýpoměrje t 1 t 2 t 1 =1 t 2 t1 =1 50 60 =1 6 =16,7%. b) Zrovnic F 1 = 1 2 mv2 1, F 2 = 1 2 mv2 2 plyne 2 = 1 Hledaný poměr je 1 2 1 =1 2 1 =1 ( v2 v 1 ) 2. ( ) 2 50 = 11 60 36 =30,6%. c) Dleúlohya)platí t 1 = mv 1 F =3,8.Obdobně t 2= mv 2 F =3,1. Dleúlohyb)platí 1 = mv2 1 2F =31m.Obdobně 2= mv2 2 2F =22m. 3body d) Dleúlohya)platí t 1 = mv 1 F = mv 1 0,4mg = v 1 0,4g =4,2. Obdobně t 2 = v 2 0,4g =3,5. Dleúlohyb)platí 1 = mv2 1 2F = mv2 1 2 0,4mg = v2 1 0,8g =35,4m. Obdobně 2 = v2 2 0,8g =24,6m. 3body 2

3.a) Hledaná práce je rovna přírůtku kinetické energie: W= 1 2 (m 0+8m 1 )v 2 2 1 2 (m 0+8m 1 )v 2 1 =1 2 (m 0+8m 1 )(v 2 2 v2 1 )=81,9MJ. 3body b) Tažením oupravy ilou o velikoti F po dráze vykonala lokomotiva práci W = F, (1) která je rovna přírůtku kinetické energie oupravy. V analogii úlohou a) platí: Zrovnic(1)a(2)plyne W = 1 2 8m 1v2 2 1 2 8m 1v1 2 =4m 1(v2 2 v2 1 ). (2) F= 4m 1(v 2 2 v2 1 ) =50,4kN. (3) c) Velikot zrychlení vlaku je rovna velikoti zrychlení oupravy: a= F 8m 1. Užitím rovnice(3) dotaneme a= v2 2 v2 1 2 =0,21m 2. (Velikot zrychlení lze též zíkat z kinematických rovnic 3body =v 1 t+ 1 2 at2, v 2 = v 1 + at vyloučením čau t.) 4.a) Rozložením tíhové íly do měrů vláken dotaneme rovnoběžník il, kterým jekoočtverecvnitřnímúhlem60.zobr.r3plyne F 1 = F 2 = F G 2co30 = mg =1,42N. 3 3

F F1 F2 F2 F1 FG Fv Obr. R3 FG Obr. R4 b) Rovinatrojúhelníkuevychýlítak,ževýlednice Fvtíhovéíly FG= mga etrvačné íly F = mabude ležet v rovině určené trojúhelníkem. V rovnoběžníku il z úlohy a) nahradíme tíhovou ílu výlednicí Fv. Tíhová a etrvačná íla jou navzájem kolmé, pro velikot výlednice platí: F v = FG 2+ F2 = m g 2 + a 2. (1) Podle úlohy a) dotaneme F F 1 = F 2 = v 2co30 = m g2 + a 2 =1,43N. 3 c) Tentokrát etrvačná íla půobící na kuličku leží v rovině trojúhelníku. Tíhová a etrvačná íla jou navzájem kolmé, pro velikot výlednice platí(1). Výlednici Fv rozložíme do měrů vláken(obr. R4). Celou kontrukci ve zvoleném měřítku provedeme a velikoti il F1 a F2 změříme. Výledek lze ověřitvýpočtempomocíinovévěty: F 1 =1,79N, F 2 =1,04N. 5.a) Označme v 1 velikotrychlotivozíkuetřeloubezprotředněpozáahu.ze zákona zachování hybnoti během záahu plyne: mv=(m+ m)v 1. (1) Z rovnic rovnoměrně zpomaleného pohybu vozíku nábojem, při kterém zpočátečnírychlotiovelikoti v 0 zatavilnadráze d: v 0 = at, d= 1 2 at2, 4

dotaneme velikot zrychlení a= v2 0 2d. (2) Během zatavování po záahu třely potřebuje brzdící íla práci rovnou počáteční kinetické energii vozíku nábojem: Zrovnic(2)a(3)dotaneme 1 2 (m+m)v2 1 =(m+m)a D. (3) v 1 = v 0 D d. Doazením do vzorce(1) dotaneme velikot rychloti třely: v= m+m D m v 0 d =250m 1. b) Kinetická energie třely před záahem je E k = 1 2 mv2, kinetická energie vozíku nábojem bezprotředně po záahu je E k =1 2 (m+m)v2 1. 5bodů Energie jou v poměru E k = (m+m)v2 1 E k mv 2. Užitím rovnice(1) dotaneme konečný výledek E k = m E k m+m =0,0032=0,32%. Výrazný pokle mechanické energie je způoben tím, že většina kinetické energie třely(99,68%) e přeměnila na vnitřní energii, která e projevila deformací obou těle a zvýšením teploty. Pouze 0,32% kinetické energie třely e zachovalo ve formě kinetické energie vozíku e třelou. 1bod 6.Výledkyměřeníavýpočtůproetavuvýškouvýtokovéhootvoru H=51cm jou v tabulce. Změřená délka dotřiku je vždy menší než teoretická vypočítaná podlevzorce(1).ipřivýšcehladinyvětšínež20cmnadvýtokovýmotvorem doahujejenai90%. 5

K FP h /cm 0,5 G FP G WH FP G G WH î + FP Závilotdélkydotřiku dna hjelineární,nejednáevšakopřímouúměrnot. Lineární trend určený EXCELem můžeme pro délky měřené v centimetrech přepat na rovnici pro číelné hodnoty {d}=14,60{ h} 7,68. (2) Vzorec(1)přidanévýšcevýtokovéhootvoru H=51cmvedekrovnici {d te }=14,3{ h}. (3) Doazením h=30cmdo(2)dotáváme d=72,3cm. d cm d te d \ [ h cm 0,5 6

7.a) Pohyb ve vilém měru probíhá jako volný pád. Z rovnice h= 1 2h 2 gt2 0 plyne t 0 = g =3,03. Ve vodorovném měru e třela pohybuje rovnoměrně počáteční rychlotí ovelikoti v 0 = d t 0 =29,7m 1. b) Označme mhmotnottřely.voutavěpojenéezemíoznačme u 1 vodorovnououřadnicirychlotilehčíčátiau 2 vodorovnououřadnicirychloti těžšíčátipooddělení.voutavěpojenéletícítřelouoznačme u 1 vodorovnououřadnicirychlotilehčíčátiau 2vodorovnououřadnicirychloti těžší čáti po oddělení. Má-li čát třely o hmotnoti m/3 dopadnout k patě věže, muí plňovat rovnici Z rovnice dotaneme v 0 t 1 = u 1 (t 0 t 1 ). u 1 = t 1 t 0 t 1 v 0 = 0,493v 0 = 14,6m 1. Pak u 1 = u 1 v 0 = 44,4m 1. Zezákonazachováníhybnotive vztažné outavě pojené letící třelou plyne Z rovnice dotaneme Hledaná vzdálenot je 0= 1 3 mu 1+ 2 3 mu 2. u 2= 1 2 u 1=22,2m 1. d 1 = v 0 t 1 +(v 0 + u 2 )(t 0 t 1 )=135m. c) Otočenímtřelyo180 evevztažnéoutavěpojenéletícítřelouvelikoti ložek rychloti zachovaly, ale jejich měr e změnil na opačný: Hledané vzdálenoti jou u 1 =44,4m 1, u 2 = 22,2m 1. d 2 = v 0 t 1 +(v 0 + u 1)(t 0 t 1 )=180m, d 3 = v 0 t 1 +(v 0 + u 2 )(t 0 t 1 )=45m. 7