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

Podobné dokumenty
Řešení úloh 1. kola 47. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B

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

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

Řešení úloh krajského kola 52. ročníku fyzikální olympiády Kategorie B Autořiúloh:M.Jarešová(1,3),J.Thomas(2),P.Šedivý(4)

Řešení úloh 1. kola 50. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie A

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

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

Řešení úloh 1. kola 53. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie A

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

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

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

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

Příloha-výpočet motoru

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

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

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

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 %

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

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

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

B. MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ

Nejprve si připomeňme z geometrie pojem orientovaného úhlu a jeho velikosti.

Teoretické úlohy celostátního kola 53. ročníku FO

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

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)

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

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.

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

1.1. Metoda kyvů. Tato metoda spočívá v tom, že na obvod kola do vzdálenosti l od osy

Příklady z teoretické mechaniky pro domácí počítání

5. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

Řešení úloh 1. kola 53. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B Autořiúloh:J.Thomas(1,4,7),M.Jarešová(3),I.ČápSK(2),J.Jírů(5) P.

(3) Vypočítejte moment setrvačnosti kvádru vzhledem k zadané obecné ose rotace.

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

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

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

Obsah. Kmitavý pohyb. 2 Kinematika kmitavého pohybu 2. 4 Dynamika kmitavého pohybu 7. 5 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru 9

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

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

(test version, not revised) 9. prosince 2009

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

7. Gravitační pole a pohyb těles v něm

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

1 Rozdělení mechaniky a její náplň

MOMENT SETRVAČNOSTI. Obecná část Pomocí Newtonova pohybového zákona síly můžeme odvodit pohybovou rovnici pro rotační pohyb:

Seriál II.II Vektory. Výfučtení: Vektory

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Řešení úloh krajského kola 54. ročníku fyzikální olympiády Kategorie A Autořiúloh:J.Thomas(1),J.Jírů(2),P.Šedivý(3)aM.Kapoun(4)

Řešení úloh 1. kola 54. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie A

OBSAH. MODÁLNÍ VLASTNOSTI KLIKOVÉHO ÚSTROJÍ FSI VUT BRNO ČTYŘVÁLCOVÉHO TRAKTOROVÉHO MOTORU Ústav automobilního 1 VSTUPNÍ HODNOTY PRO VÝPOČET...

Magnetické pole drátu ve tvaru V

Theory Česky (Czech Republic)

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Fyzikální praktikum 2

Abstrakt: Autor navazuje na svůj referát z r. 2014; pokusil se porovnat hodnoty extrémů některých slunečních cyklů s pohybem Slunce kolem barycentra

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

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

Elektronický učební text pro podporu výuky klasické mechaniky pro posluchače učitelství I. Mechanika hmotného bodu

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

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

ŠROUBOVICE. 1) Šroubový pohyb. 2) Základní pojmy a konstrukce

Řešení úloh celostátního kola 47. ročníku fyzikální olympiády. Autor úloh: P. Šedivý. x l F G

Příklad 5.3. v 1. u 1 u 2. v 2

Mechanika II.A Třetí domácí úkol

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

Fyzikální praktikum I

Úvod do nebeské mechaniky

Úlohy krajského kola kategorie A

MOMENT SETRVAČNOSTI. Obecná část Pomocí Newtonova pohybového zákona síly můžeme odvodit pohybovou rovnici pro rotační pohyb:

Dynamika. Dynamis = řecké slovo síla

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

4. Statika základní pojmy a základy rovnováhy sil

1 1 3 ; = [ 1;2]

Ing. Oldřich Šámal. Technická mechanika. kinematika

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.

1. Přímka a její části

9.7. Vybrané aplikace

Ideální plyn. Stavová rovnice Děje v ideálním plynu Práce plynu, Kruhový děj, Tepelné motory

Matematika 1 MA1. 1 Analytická geometrie v prostoru - základní pojmy. 4 Vzdálenosti. 12. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 32

4. Práce, výkon, energie a vrhy

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

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

Počty testových úloh

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

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie A

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

Rezonanční jevy na LC oscilátoru a závaží na pružině

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

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Úvod do nebeské mechaniky

f( x) x x 4.3. Asymptoty funkce Definice lim f( x) =, lim f( x) =, Jestliže nastane alespoň jeden z případů

FYZIKA I VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ

Fyzikální praktikum II

Elektromagnetické pole je generováno elektrickými náboji a jejich pohybem. Je-li zdroj charakterizován nábojovou hustotou ( r r

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

5. Pro jednu pružinu změřte závislost stupně vazby na vzdálenosti zavěšení pružiny od uložení

Fyzika 6. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. témata / učivo. očekávané výstupy RVP. očekávané výstupy ŠVP

Rozvinutelné plochy. tvoří jednoparametrickou soustavu rovin a tedy obaluje rozvinutelnou plochu Φ. Necht jsou

Transkript:

Řešení úloh kola 9 ročníku fyzikální olympiády Kategorie B Autořiúloh:MJarešová,,,5),PŠedivý3,7)aVKoubek6) a) Označme hvýškunadzemí,kdedojdekesrážcespodní kuličkadopadnenazemrychlostíovelikosti v 0 Hg aodzeměseodrazístejněvelkourychlostívtomtookamžiku začne padat volným pádem svisle dolů také druhá kuličkaobr R) Platí s m s gt, s hv 0t gt, H s + s, kde tječas,kdydojdekesrážce, měřenýodpočátku pohybuhorníkuličkysečtenímvztahůpro s a s dostaneme H v 0t Odtud t H H H v 0 Hg g H s h v0 m Obr R Podosazenídovztahupro hdostaneme h 3 H Vokamžikusrážkymárychlostkuličkyvelikost v H Hg g g Hg, H rychlostkuličkymávelikost v g g Hg v Kuličky se srazí stejně velkými rychlostmi 3body b) Zvolme vztažnou soustavu tak, že osa y je orientována vzhůru Bezprostředně před srážkoumajírychlosti v, vkuličeksouřadnice v y v, v y v Označme dále u, uindexjeprokuličku m,indexprokuličku m )rychlostiobou kuličekposrážceau, u jejichypsilonovésouřadnicepodlezákonazachování hybnosti platí m v m v m u + m u ) Užitím zákona zachování mechanické energie dostaneme mv + mv mu + mu ) Soustavurovnic)a3)můžemepřepsatnatvar m v u ) m u + v ), m v u ) m u v ) Po vydělení druhé rovnice první rovnicí dostaneme v + u u v 3)

Řešením soustavy rovnic),3) dostaneme m 3m u v k 3 m 3k v, u 3m v m + m +k m + m +k v Vyjdou-lisouřadnice u, u kladné,paksejednáopohybsvislevzhůru,vyjdou-li záporné,paksejednáopohybsvisledolů body c) Pro k je u 5 3 v směrsvisledolů, u v směrsvislevzhůru 3 Výškavýstupudruhékuličkyje h h+ u g h+ H 36 7 9 H Pro k3je u 0 sekuličkazastavípakpadávolnýmpádem), u v směrsvislevzhůruvýškavýstupudruhékuličkyje h h+ u g h+h 7 H,75H Pro k0je u 7 v směrsvislevzhůru, u9v směrsvislevzhůru Výškavýstupudruhékuličkyje h h+ u g h+8 8 H30 H,5H 3body a) Je-li spínač S rozepnut, můžeme schéma zapojení kondenzátorů překreslit podle obr R Pak určíme celkovou kapacitu kondenzátorů v obvodu U C C 3 V horní větvi je celková kapacita obou kondenzátorů C dánavztahem C C Obr R C CC3 C + C 3 3 C Vdolnívětvijecelkovákapacitaoboukondenzátorů C dánavztahem C CC C + C 3 C Celková kapacita obvodu C je pak dána vztahem C C + C 5 C

Q C 3 0 U7,V 3body Nábojnakondenzátorechvhorní větvije Q Q C U 3 C U 3 CU, vdolnívětvi CUCelkovýnábojje QCU5CUNakondenzátorech C a C 3jetedynáboj Q 3 0 0 6 C80 mc,nakondenzátorech C a C jenáboj Q 3 0 0 6 C30 mc 3body Napětínakondenzátoru C je U Q 3 U 8 V,nakondenzátoru C3 C je U 3 Q Q U 6V,nakondenzátoru C jenapětí U C 3 C 3 U 6V,nakondenzátoru C jenapětí U Q C 3 U8V body b) Je-li spínač S sepnut, můžeme schéma zapojení kondenzátorů překreslit podle obr R3 Pak určíme celkovou kapacitu kondenzátorů v obvodu U C C 3 Vlevéčástije C C + C 3C,vpravéčásti je C C 3+ C 7C Celkovákapacitaje C C C C + C 0 C Celkový náboj v levé části je stejně velkýjako celkový náboj na kondenzátorech v pravé části a C C mávelikost QCU Obr R3 0 CU Napětívlevéčástije U Q C 7 0 U 6,8V,napětívpravéčástije U Dáleplatí,ženábojnakondenzátoru C je Q C U 7 CU 68 mc, 0 nakondenzátoru C jenáboj Q C U 7 CU 336 mc,nakondenzátoru 5 C 3jenáboj Q 3 C 3U 9 CU 6 mcanakondenzátoru Cjenáboj 0 Q C U 6 CU88 mc 5 body 3

3 a) Výsledná rychlost letadla vzhledem k zemi je vektorovým součtem jeho rychlosti vvzhledem ke vzduchu a rychlosti větru u Situace, které nastanou při prvním letu, znázorňuje obr R V úseku AB bude velikostrychlostiletadla v v+uvúseku BCbudenutnopootočitosuletounu vpravoavúseku CAvlevoostejnýúhel ϕ,kterýurčímeužitímsinovévěty: sin ϕ u v sin0 u 3 v Velikost v výslednérychlostiletadlanaúseku BCurčímeužitímkosinovévěty Platí: v u + v uv cos0 u + v + uv v + uv + u v 0 Úlozevyhovujekořen v u+ v 3u Stejnouvelikost v 3 v márychlostletadlavúseku CA,neboťvektorovýrovnoběžníkjeshodnýjakovúseku BC Situace, které nastanou při druhém letu, znázorňuje obr R5 V úseku AB budevelikostrychlostiletadla v v utakézdejsouvektorovérovnoběžníky vúsecích BCa CAshodnéVúseku BCbudenutnopootočitosuletounuvlevoa vúseku CAvpravooúhel ϕ,kterýjestejnýjakopřiprvnímletu,alenaopačnou stranu, neboť: sin ϕ u v sin60 u 3 v Velikost v v 3výslednérychlostiletadlanaúsecích BCa CAurčímeopětužitím kosinové věty Platí: v u + v uv cos60 u + v uv v uv + u v 0 Úlozevyhovujekořen v v 3 u+ v 3u b) Celkovédobyletupřiprvnímadruhémletujsouvpoměru l + l t v t v u+v + v 3u u l v + l v Označme v 3u K Pak K+3u+v t u+v)k u) t K 3u+v v u)k+ u) v u + v 3u + u v + uk+ vk+ uv)v u) v uk+ vk uv)v+ u) Obě doby letu jsou stejné K+3u+v)K+ u)v u) K 3u+v)K u)v+ u) 6bodů v+ u)k+ v)v u) v u)k+ v)v+ u) body

B B u v ϕ v u ϕ v v A v3 v ϕ v u 0 C A v 3 v ϕ v u 60 C Obr R Obr R5 a) Nejprveurčímeobjemy V a V zkompresníhopoměruazeznalostizdvihového objemu,tjzrovnic V z V V, ε V Řešenímtétosoustavyrovnicdostaneme V V ε ε Vz363cm3, V ε Vzcm3 Bod: p 0,0MPa, V 363cm 3, T 93K Bod:Mezibody jeadiabatickákompreseplatí V )κ p p p V ε κ 0 5 Pa, V )κ T T 699K, V V cm 3 Bod3:Mezibody 3jeizochorickéohřátíPlatí T 3 T p 3 p T ε κ p 3 p 78K, p 3 p,55,5 0 5 Pa, V 3 V cm 3 Bod:Mezibody3 nastáváadiabatickáexpanzeplatí V3 )κ V )κ p p 3 p V 3 p3 V ε κ,5 05 Pa, V V 363cm 3, T T 3 V3 V )κ T 3 V V )κ T3 ε κ 73,5K b) Hmotnost směsi připadající na jeden oběh určíme ze stavové rovnice p V m M m RT, body 5

zčehož m pv M RT m pv M RT r 0 3 kg mol,7 0 kg bod c) Pracovnílátkapřijmeteplopouzepřiizochorickémohřátí,tjmezibody 3a odevzdá teplo pouze při izochorickém ochlazení, tj mezi body : Q mc vt 3 T )35J, Q mc vt T )36J Prácevykonanávprůběhujednohocykluje W Q Q 89J Q Q Tepelnáúčinnostpakje η Q 0,5858% 3body Q Q d) Nejprveurčímečaspotřebnýkvykonáníjednohocyklutjotáčky) τ0,03s Motor je čtyřválcový Průměrný výkon motoru je P W 5kW τ Hodinovou spotřebu paliva určíme z tepla přivedeného všem čtyřem válcům: Q h 3600 0,03 35J56MJ Přidanévýhřevnostipalivajespotřebazahodinu m p Q h H 3,7kg body 5 a) Původní kruhová rychlost družice je dána vztahem κ Mz 0κ v k R z+ h Mz R z Označme r p,r z, r ar zvzdálenostiperigeaaapogeaeliptickétrajektorie odzemskéhostředu, v p, v avelikostirychlostidružicevperigeuaapogeupodle druhého Keplerova zákona platí r pv p r av a Ze zákona zachování energie plyne mv p κ mmz r p mv a κ mmz r a Dostalijsmesoustavudvourovnicodvouneznámých v p, v ařešenímtétosoustavy rovnic dostaneme r v p κ M a z r pr a+ r p) 00 κ M Podosazeníza r a, r pdostaneme v z p R z Při přechodu z kruhové trajektorie na eliptickou musíme zvětšit rychlost družice o ) κ Mz 00 v v p v k R z 0 600m s 5bodů 6

b) Dobaoběhudružicenakruhovédrázejedánavztahem T p 0 Rz 0κ M z R z p ) 3 κ Mz 0 Rz 5870s,6hod Užitím3Keplerovazákonaurčímedobuoběhudružice T naeliptickétrajektorii: zčehož T T ra+ r p r 3 p ) 3 ) 3 0 Rz ) 3, 0 Rz ) 3 T T,9T Číselně T hod 5bodů 6 Příklad naměřených hodnot a jejich zpracování programem Excel: L, >$@ 7 >V@ 7 >V@,, R >$@ ORJ,, R ORJ7 ORJ7 \ [ 5 ORJ,, 7

a) Průběh grafu velmi dobře odpovídá předpokládané lineární závislosti3) Tím je ověřena i platnost vztahu) b) Zrovnicetrendu y 0,5098x+0,879 určímekonstantu m 0,5098 Vztah) můžeme tedy upřesnit na tvar T kb To je v dobrém souhlasu s úplným vzorcem pro periodu malých kmitů magnetky J Tp mb, kde J je moment setrvačnosti magnetky a m její magnetický moment) c) Fyzikálnírozměrkonstanty kvsoustavěsiurčímezevztahu ktb : [k]s T s N A m ) kg A 7a) Plnýválecohmotnostimapoloměru rbymělvzhledemkrotačníosesouměrnosti jdoucí středem S moment setrvačnosti m r Nášpůlválecmátedyvzhledem kosejdoucístředem Smomentsetrvačnosti J S mr Označme J Omoment setrvačnosti vzhledem k ose jdoucí přímkou, ve které se půlválec dotýká vodorovné rovinyaj TmomentsetrvačnostivzhledemkrovnoběžnéosejdoucítěžištěmPodle Steinerovyvěty J S J T+ mp, J O J T+ mr p) J T+ mr mrp+mp J S+ mr rp) mr 3 3p 8 ) body b) Vykloníme-lipůlválecomalýúhel α mobrr6),zvednesejehotěžištěovýšku [ )] hp cos α m)p sin α m psin α m rα m 3p Když jej pustíme, začne harmonicky kolébat Okamžitá odchylka α z rovnovážné polohy a okamžitá úhlová rychlost Ω se mění podle vztahů αα mcos ωt, Ω Ω msin ωt, Ω m ωα m analogickýchkevztahům yy mcos ωt, v v msin ωt, v m ωy m proposuvný pohyb) Ze zákona zachování energie plyne JOΩ m 3 mr 3p 8 ) ω α m mghmgr α m 3p 8

Ztoho ω p T g r 3p,5 3p 8 g r,5p 8), T p r,5p 8) g Na hmotnosti půlválce nezáleží, perioda kolébání závisí jen na jeho poloměru Prodanéhodnoty T0,96s 6bodů S p T α m h Obr R6 9