by Άσκηση 107 σχολικού βιβλίου
Θέλουμε να στείλουμε στο Διάστημα ένα σώμα μάζας m = 200kg. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούμε πύραυλο που εκτοξεύεται από την επιφάνεια της Γης, κατακόρυφα προς τα πάνω. Ο πύραυλος ξεκινάει με ταχύτητα μηδέν. Θεωρούμε ότι το σώμα δέχεται από τον πύραυλο σταθερή προωστική δύναμη F = 4000N και ότι τα καύσιμα του πυραύλου διαρκούν μέχρι να φτάσει σε ύψος H = 0,6RΓ από την επιφάνεια της Γης.
Να υπολογίσετε το ύψος στο οποίο το σώμα θα έχει αποκτήσει την απαραίτητη ταχύτητα για να διαφύγει στο Διάστημα και την ταχύτητα που θα έχει το σώμα όταν βγει από το πεδίο βαρύτητας της Γης.
Δίνονται η ακτίνα της Γης RΓ = 6400km και η ένταση του πεδίου βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης gο = 10m/s2.
i) Τι καταλαβαίνετε από τη λέξη εκτοξεύεται; Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον παρόν σενάριο;
ii) Όταν διαβάζετε ότι χρησιμοποιείται πύραυλος ποιο από τα παρακάτω νομίζετε ότι είναι σωστό;
α) Είναι ένας μηχανισμός αμελητέας μάζας, που έχει φτερά και σπρώχνει το σώμα.
β) Είναι ένας μηχανισμός μεγάλης μάζας που κινείται με έλικες, όπως τα αεροπλάνα και σπρώχνει το σώμα.
γ) Είναι ένας μηχανισμός μεγάλης μάζας, που κουβαλάει μαζί του καύσιμα, τα οποία καίει για να σπρώξει το σώμα, αλλά μπορεί να λειτουργήσει μόνο μέσα στην ατμόσφαιρα.
δ) Είναι ένας μηχανισμός μεγάλης μάζας, που κουβαλάει μαζί του καύσιμα, τα οποία καίει για να σπρώξει το σώμα και μπορεί να λειτουργήσει και έξω από την ατμόσφαιρα, στο διάστημα.
iii) Πιστεύετε ότι το σώμα έχει μεγαλύτερη μάζα ή ο πύραυλος που θα το επιταχύνει;
iv) Θα μπορούσε να απογειωθεί το σώμα αν ο πύραυλος είχε – χαριστικά – αρχική μάζα Μ0 = m = 200kg, όση δηλαδή και το σώμα με προωστική δύναμη F = 4000N;
v) Μπορείτε να επαναδιατυπώσετε την άσκηση ώστε να είναι σωστή, όχι μόνο από άποψη Μαθηματικών, αλλά και από άποψη Φυσικής; Στη συνέχεια δώστε κάποια λύση.
Και ο τροπος εκφρασης διδασκεται. Στα κλασικα μαθηματα στο σχολειο. Εδω παντως συμβαινει το αντιθετο,εγω υποστηριζω οτι δεν υπαρχουν λαθη ενω εσυ και Ανδρεας βρισκετε λαθη εκει που δεν υπαρχουν Δειξε μου μια περιπτωση οπου εχω βρει λαθος εκει που δεν υπαρχει.Σε προκαλω.Εισαι γενικα γκρινιάρης Θοδωρη.Ολο ενοχλεισαι απο το στυλ μου αλλα αν θελεις μπορω να σου δειξω δικα σου σχολια που εχω συγκρατησει τα οποια ειναι χαμηλου επιπεδου.
Καλημέρα Θοδωρή. Σε ευχαριστώ για τη συμμετοχή. Κατάλαβες το πνεύμα της ανάρτησης. Δεν ξύπνησα ένα πρωί και σκέφτηκα “Για να δούμε ποια άσκηση θα βγάλω λάθος σήμερα…”. Επειδή η εκτόξευση διαστημοπλοίων είναι μια διαδικασία, που αγνοούν οι μαθητές και στη συγκεκριμένη άσκηση, πύραυλο ακούμε και πύραυλο δε βλέπουμε, έφτιαξα ένα νέο σενάριο, δίνοντας και μια εκφώνηση που καθιστά σωστή τη συγκεκριμένη. Η άσκηση όπως διατυπώνεται είναισωστή Μαθηματικά, όμως οδηγεί σε παρανοήσεις Φυσικές.
“Οταν σε μια απλη ασκηση που δινει μαζα 200kg και δυναμη εκτος του βαρους 4000N προς τα πανω και γραφεις F=(200+200)g-4000=0 αρα το σωμα θα αιωρειται,συγνωμη αλλα αυτο αν το δεις γραμμενο σε διαγωνισμα ειναι για κατω απο την βαση ”
Ο μαθητής που δε διαβάζει την εκφώνηση, πιθανόν να πάρει κάτω από τη βάση.
Η ερώτηση λέει
Θα μπορούσε να απογειωθεί το σώμα αν ο πύραυλος είχε – χαριστικά – αρχική μάζα Μ0 = m = 200kg, όση δηλαδή και το σώμα με προωστική δύναμη F = 4000N;
Λύση
2ος Νόμος για το σύστημα
ΣFεξ =ma
F-2W=ma
4000-2.20010=ma
a=0ms^2
Ερώτηση για το σπίτι: Να βρεθεί η δύναμη επαφής μεταξύ του πύραυλου και του σώματος.
Και μια πληροφορία για όποιον θέλει να συγκρίνει
Τυπικές τιμές F/Wολ στην απογείωση
Ελάχιστο για απογείωση: F/Wολ =1,2 περίπου
(η ώθηση είναι 20% μεγαλύτερη από το βάρος)