Το ένα άκρο ενός ιδανικού ελατηρίου σταθεράς k=100N/m στερεώνεται σε οροφή και αυτό κρέμεται με τον άξονά του κατακόρυφο. Στο ελεύθερο άκρο του ελατηρίου συνδέουμε σώμα μάζας m και με το ελατήριο να έχει το φυσικό του μήκος (Φ.Μ.) το συγκρατούμε ακίνητο. Με τη βοήθεια του χεριού μας, οδηγούμε και ακινητοποιούμε το σώμα σε μία άλλη θέση όπου αυτό ισορροπεί, όπως φαίνεται στο σχήμα.
Στη θέση ισορροπίας (Θ.Ι.) το ελατήριο είναι επιμηκυμένο κατά Δl0=20cm. Να υπολογίσετε:
Α. τη μάζα m του σώματος,
Β. το ποσό ελάττωσης της μηχανικής ενέργειας του συστήματος (ελατήριο – σώμα – Γη) λόγω του χεριού μας, κατά την μετακίνηση του σώματος από τη θέση φυσικού μήκους του ελατηρίου στη θέση ισορροπίας.
Από τη θέση ισορροπίας, μετακινούμε κατακόρυφα προς τα πάνω το σώμα έτσι ώστε το ελατήριο να αποκτήσει το φυσικό του μήκος και τη χρονική στιγμή t0=0 το αφήνουμε ελεύθερο χωρίς αρχική ταχύτητα. Στη συνέχεια, το σώμα εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση με σταθερά επαναφοράς D=k. Να υπολογίσετε:
Γ. την επιτάχυνση του σώματος τη χρονική στιγμή t0=0,
Δ. το έργο της δύναμης του χεριού μας κατά την παραπάνω μετακίνηση του σώματος από τη θέση ισορροπίας στη θέση φυσικού μήκους του ελατηρίου,
Ε. την ενέργεια ταλάντωσης του συστήματος και να γράψετε τη χρονική εξίσωση της ορμής του σώματος, θεωρώντας θετική φορά την προς τα επάνω.
ΣΤ. Να κατασκευάσετε σε βαθμολογημένους άξονες, τη γραφική παράσταση της δυναμικής ενέργειας ταλάντωσης σε συνάρτηση με την κινητική ενέργεια του σώματος.
Δίνεται το μέτρο της επιτάχυνσης της βαρύτητας g=10m/s2. Η αντίσταση του αέρα θεωρείται αμελητέα.
Η συνέχεια εδώ.
Καλημέρα Μίλτο. Βασική και χρήσιμη άσκηση. Καλό είναι να βάλεις το επίπεδο αναφοράς της βαρυτικής δυναμικής ενέργειας στην εκφώνηση. Να πούμε επίσης ότι το έργο της δύναμης του χεριού στο Δ ερώτημα εκφράζει την ενέργεια ταλάντωσης.
Καλημέρα Αποστόλη. Χαίρομαι που τη βρίσκεις βασική και χρήσιμη!
Να υποθέσω ότι το επίπεδο αναφοράς το θέλεις για το ερώτημα Β; Εκεί όμως ζητάω “το ποσό ελάττωσης της μηχανικής ενέργειας” (και όχι την ίδια τη μηχανική ενέργεια), ερώτημα που είναι ανεξάρτητο του επιπέδου αναφοράς.
Καλά κάνεις και παρατηρείς το τί εκφράζει το έργο της δύναμης του χεριού στο Δ, κάτι που προσπάθησα να το αναδείξω με το ερώτημα Ε. Ίσως όμως να ήταν καλύτερο να μπει και σε κάποιο σχόλιο…Δεν θέλω όμως να το συνδέσουν “ως θεωρία” στο μυαλό τους οι μαθητές, καθώς δεν είναι γενικό…
Έχεις δίκιο Μίλτο, δεν πρόσεξα το ερώτημα, είδα να δίνεις και το επίπεδο αναφοράς στην απάντηση και την πάτησα. Ας πούμε λοιπόν ότι αν η αρχική βαρυτική δυναμική ενέργεια είναι Uβαρ,αρχ, η τελική θα είναι Uβαρ,αρχ – mgΔlo, επομένως στη μεταβολή φεύγει το Uβαρ,αρχ, όποιο κι αν είναι.
Όμορφη άσκηση Μίλτο, ευχαριστούμε πολύ!
Γεια σου Παύλο.
Ευχαριστώ, να είσαι καλά και καλό βράδυ!
Μικρό καλησπέρα.
Πολύ ωραίο θέμα όπως τα περισσότερα που ανεβάζεις.
Η αλήθεια είναι ότι μπερδεύτηκα λίγο με την εκφώνηση αρχικά που αφορούσε τη μετακίνηση από το φ.μ. στη θ.ι. . Με δεύτερη ανάγνωση ξακαθαριστηκε. Θα έκανα ένα σχόλιο στο τέλος του β ερωτήματος που πήγε αυτή η ελάττωση της μηχανικής ενέργειας. Για να μπορέσει να μείνει το σώμα στη θ.ι. ακίνητο θα πρέπει κάθε στιγμή να κατεβαίνει με σχεδόν μηδενική ταχύτητα οπότε θα πρέπει να αφαιρείται ενέργεια για να αποφευχθεί να επιταχυνθεί ή κάποια στιγμή να αφαιρεθεί με κάποιο τρόπο αυτό το έξτρα πόσο ενέργειας που έχει στην ανώτερη θέση. Όπως και να αγνοεί αυτό θα το κάνει το έργο της δύναμης του χεριου όπου θα αφαιρέσει ενέργεια και θα το μεταβιβάσει στο περιβάλλον.
Καλημέρα Χρήστο κι ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Αυτό προσπάθησα να αναδείξω με τη φράση “λόγω του χεριού μας” που σημείωσα στην εκφώνηση, δηλαδή ότι πρόκειται για το αρνητικό έργο της δύναμη του χεριού μας (κατά απόλυτη τιμή).
Σε κάθε περίπτωση, θα ήταν καλό με την πρώτη ευκαιρία να συμπληρώσω ορισμένα σχόλια.
Να είσαι καλά!
Υ.Γ.: Μάλλον έγραφες με κινητό και ο ορθογραφικός έλεγχος σου άλλαξε ορισμένες λέξεις!
Καλημέρα Μίλτο
Ο δαίμων του κινητού….
Γεια σου Μίλτο, από όσες ασκήσεις στις ταλαντώσεις είδα φέτος στο ylikonet,
η παραπάνω πραγματικά ικανοποιεί τους στόχους για γνώσεις εκκίνησης πρώτου επιπέδου. Ιδιαίτερα στοχευμένη και διδακτική, με πρωτότυπο και ουσιαστικό ερώτημα το τελευταίο….
Γιατί στο (Δ) δεν απαντάς άμεσα μέσω του (Β) που προϋπάρχει;
Γεια σου Μιλτο. Πολυ καλη ασκηση συμφωνω με ολους τους συναδελφους. Μια παρατηρηση για την λυση του Β.
Νομιζω οτι μπορει κανεις να γραψει κατ ευθειαν το τελικο σου αποτελεσμα. ΔΕ=ΔU =-(1/2)kx^2 με x=0,2m αφου αυτη ειναι η δυναμικη ενεργεια ταλαντωσης και τα πιανει ολα μεσα.(ελατήριο – σώμα – Γη)
Καλημέρα Θοδωρή, καλημέρα Κωνσταντίνε, καλημέρα σε όλους! Σας ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Ναι Θοδωρή, θα μπορούσε κάποιος να επικαλεσθεί ότι τα έργα της δύναμης του χεριού είναι μεταξύ τους αντίθετα στα δύο ερωτήματα. Το τελευταίο ερώτημα δεν θα το έλεγα πρωτότυπο, αλλά σίγουρα έχει μικρή συχνότητα εμφάνισης (μηδενική στις Πανελλαδικές και στην Τράπεζα).
Κωνσταντίνε, συμφωνώ με την εναλλακτική σου απάντηση.
Σε κάθε περίπτωση, είναι εντυπωσιακό (και ομολογώ ότι δεν το περίμενα στη συγκεκριμένη…) πως μία «βασική και πρώτου επιπέδου άσκηση» δίνει τη δυνατότητα (όπως φάνηκε και από τα σχόλια) στο διδάσκοντα να κάνει αρκετές διαφορετικές προσεγγίσεις και συζητήσεις με τους μαθητές!