by 
Tρεις ίδιες χάντρες είναι περασμένες σε ένα ιδανικό νήμα, πεπερασμένου μήκους.(Αβαρές και τα ρέστα).Οι δύο ακριανές χάντρες είναι δεμένες στα άκρα του νήματος. Η μεσαία χάντρα μπορεί να κινείται ελεύθερα κατά μήκος του νήματος χωρίς τριβές.
Αρχικά και ενώ το νήμα είναι ευθύγραμμο, δίνουμε στην μεσαία χάντρα ταχύτητα ας πούμε 8m/s κατά μήκος του νήματος.(Βλέπε καταπληκτικό σχήμα.) Οι κρούσεις της μεσαίας χάντρας με τις άλλες δύο είναι ελαστικές. Ναβρείτε τις ταχύτητες των χαντρών μετά από τρεις κρούσεις. Να βρείτε τις ταχύτητες των χαντρών μετά από παρά πολλές κρούσεις. Πάρτε μάζα χάντρας,1Kg
Kαλημερα σε όλους Παύλο είναι λάθος να υποθέσουμε οτι το νήμα ειναι υπο ταση. Η εκφωνηση δεν το δινει αυτο πουθενα.Δεν δινει κανενος ειδους πεδιο δυνάμεων να τις επηρεαζει.Δεν μπορει να φανταζομαστε πραγματα που δεν υπάρχουν..Κατα την γνωμη μου ολες οι παρατηρήσεις περι ασαφειας της εκφώνησεως ειναι λαθος.
Ας υποθεσουμε ομως οτι οι δυο ακριανες σφαιρες εχουν και ιδια ηλεκτρικα φορτια και απωθουνται ενώ η μεσαία χάντρα είναι ηλεκτρικά ουδέτερη.Παλι μετα την πρωτη κρουση οι ταχυτητες θα ειναι υ/2,0,υ/2.
Ο Θοδωρής υπεθεσε οτι η συνολική κινητικη ενέργεια παραμένει σταθερή κατι που φυσικά δεν ισχύει.
Και κατι ακομα. Όταν κανουμε Μαθηματικα δεν χρησιμοποιουμε τεχνητη νοημοσυνη. Πρεπει να αποδειξεις οτι η ακολουθια των μέτρων των ταχυτητων μιας τυχαίας χάντρας ειναι απειρων ορων και τεινει στο υ/3.
Καλημέρα παιδιά.
Είδα χθες την ανάρτηση Κωνσταντίνε αλλά μετά είχα έξοδο.
Με ρωτούσαν όλες. Γιωργο γιατί εισαι σκεφτικός?
Αν έλεγα σκέφτομαι άσκηση φυσικής θα με εγκατέλειπαν.
Ευτυχώς επειδή είμαι πανέξυπνος τους είπα ότι σκέφτομαι το παρακάτω που το αφιερώνω και στην παρέα.
Είναι γεγονός ότι κατάφερα να τις συγκινήσω.
https://www.youtube.com/watch?v=puunWJO2gNw&list=RDpuunWJO2gNw&start_radio=1
Κωνσταντίνε νομίζω πως δεν αρκεί να μην αναπτύσσεται τάση μεταξύ των δύο σφαιρών για να μπορεί να συμβεί αυτό που λες αλλά πρέπει το μήκος του νήματος έστω και απειροελάχιστα να είναι λίγο μεγαλύτερο από το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος που ενώνει τις δύο σφαίρες. Βέβαια αυτό μπορεί να συμβεί μόνο ακριβώς πριν την 1η κρούση γιατί μετά οι δύο σφαίρες στα άκρα του νήματος θα έχουν ίσες ταχύτητες άρα το μήκος του νήματος θα ισούται με το ευθύγραμμο τμήμα που ενώνει τις δύο σφαίρες.
Δεν ανέφερα τις τελικές σχέσεις ως επιχείρημα αλλά ως επιβεβαίωση ότι όντως καταλήγουν στο ότι οι τελικές τιμές των ταχυτήτων των δύο σωμάτων θα είναι ίσες με υ/3.
Δεν χρησιμοποίησα καθόλου μαθηματικά και προσπάθησα να στηρίξω τον υπολογισμό των τελικών ταχυτήτων των σφαιρών στο γεγονός ότι εφόσον συνεχίζουν να συμβαίνουν κρούσεις η κινητική ενέργεια του συστήματος μειώνεται. Επίσης η κινητική ενέργεια του συστήματος δεν μπορεί να γίνει μηδέν αφού τότε δεν θα ίσχυε η Α.Δ.Ο. γιατί τότε pολ = 0, συνεπώς καταλήγουμε σε άτοπο. Συμπεραίνουμε ότι η κινητική ενέργεια θα συγκλίνει σε μια συγκεκριμένη τιμή που αυτό συνεπάγεται ότι το σύστημα θα τείνει να σε μια κατάσταση ώστε να μην συμβούν άλλες κρούσεις άρα θα τείνει σε ισότητα ταχυτήτων όλων των σφαιρών. Σε αυτή την τελική κατάσταση μπορεί να καταλήγουμε μετά από ένα πεπερασμένο αριθμό κρούσεων ή μετά από άπειρες κρούσεις.
Από τις εξισώσεις που μου έδωσε η Τ.Ν. παρατηρούμε ότι αυτό συμβαίνει μετά από άπειρες κρούσεις.
Παύλο αυτη η προυποθεση περι μηκους του νηματος σε σχεση με την αποσταση των σφαιρων,δεν χρειαζεται. Αυτο το συζητησαμε εν συντομία με τοκ Κώστα Ψυλάκο στα πρωτα σχολια στην πρωτη σελιδα. Κατι αναλογο συμβαινει εδω Μπάλα και μπαλάκι πέφτουν. οπου εχω δωσει ενα μικρο κενο μεταξυ της μεγαλης και της μικρης μπαλας,αλλα το εκανα για να μην μπερδευτει ο κοσμος,ενω στην πραγματικοτητα δεν χρειαζεται.Επισης πως ξερουμε οτι ο αριθμος των κρουσεων θα ειναι απειρος και οχι πεπερασμενος; Δεν το εχουμε αποκλεισει αυτο. Δεν εχουμε βρει την αναλυτικη εκφραση της ακολουθιας ταχυτητων.
Περιμενω απο καποιο φιλο μια αυστηρη μαθηματικη διατυπωση της λύσεως.
Καλημέρα !
Παύλο είχα αναφερει εχθές ότι δεν μπορεί να χαθει όλη η ενέργεια διοτι θα φτασουμε σε παραβιάση της ΑΔΟ οπότε έγραψα ότι θα καταλήξουμε σε κοινη ταχύτητα ίση με υ/3 .
Οι τύποι που σου έδωσε η Α.Ι. δίνουν αποτελέσματα που ικανοποιουν όλα όσα εχω βρει (n>=1) . Παρατηρησα λοιπόν ότι για n=10 έχουμε φτάσει με πολυ καλη ακρίβεια στο υ/3 .
υ(μαυρη)=υ(πράσινη)= (υ/3) *(1023/1024) = (υ/3)*0.9990
και υ(μπλε)= (υ/3) *(1026/1024) = (υ/3)*1.0019
Γιωργο Κόμη καλημερα. Πριν πολλα χρονια ημουνα στα μπουζουκια με παρεα,με ντιμπλ κλπ. Τις προηγουμενες μερες ειχα διαβασει ενα πολυ δυσκολο προβλημα σε ενα περιοδικο,που εμοιαζε με αυτο. Τετράγωνο στρέφεται και συρρικνώνεται. Μια κοπελα απο την παρεα,στο ασχετο μου ειπε οτι αυτη και ο φιλος της προσπαθουν να λυσουν ενα προβλημα που εχει χρηματικο επαθλο για οποιον στειλει την λυση. Ρωτησα ποιο ειναι το προβλημα και συμτωματικα ηταν αυτο που ειχα διαβασει και το ηξερα απεξω. Εκανα πως σκεφτομαι ενω τραγουδουσε ο Πασχαλης Τερζης και πηρα μια χαρτοπετσετα και μπαμ μπαμ εγραψα την λυση.Παθανε την πλακα τους που ειχαν τετοιο Αινσταιν στην παρεα. 🙂
Καλημέρα σε όλους!! ΜΙΑ ΑΠΟΨΗ
(ΤΟ νήμα αρχικά χαλαρο)
1.κρουση: Η μεσαία χάντρα ανταλλάσει ταχύτητα με την δεξιά.
2.κρουση: (μέσω νήματος)
Το νήμα τεντωνεται η ενέργεια αποθηκεύεται στιγμιαία ως δυναμική παραμορφωσηςστα τοιχώματα των σφαιρών στα σημεία πρόσδεση με το νήμα και στην συνέχεια απελευθερωνεται.
Ακινητοποιειται η δεξιά χάντρα και κινείται η δεμένη αριστερά με υ=8m/s.
3.κρουση:Η αριστερή συγκρούεται με την μεσαία (το Νήμα χαλαρώνει)και ανταλλάσουν ταχύτητες.
Το φαινόμενο επαναλαμβανεται.
Καλημέρα Γιώργο!
Καλημέρα σε όλους, Σωστα Κωνσταντινε ,Έκανα λαθος στις πράξεις .Το σωστό είναι:
Για την Β : υ(Β)=[2^(n-1)+(-1)^n]*υ / [2^(n-1)*3]
Για τις Α,Γ: υ(Α)=υ(Γ)= [2^n-(-1)^n]*υ / [2^n*3]
Επίσης μετα καθε ολοκληρωμένη κρούση η ταχύτητα της Β είναι η ταχύτητα των Α,Γ που ελιχαν πριν την κρούση.
Καλημέρα Κωνσταντίνε, έδωσα την άσκηση στο chatgpt και ρώτησα τον “φίλο” μας:
“Είναι δυνατόν το νήμα να είναι αρχικά τεντωμένο και να παραμένει τεντωμένο σε όλη τη διάρκεια του φαινομένου των κρούσεων; ”
Έλαβα την απάντηση:
Ναι, είναι απολύτως δυνατό το νήμα να είναι αρχικά τεντωμένο, χωρίς να ασκεί τάση.
Θα εξηγήσω γιατί. Τι σημαίνει «τεντωμένο»;
Γεωμετρικά σημαίνει ότι η απόσταση των δύο ακραίων χαντρών είναι ίση με το μήκος του νήματος. Δηλαδή ο δεσμός: x3-x1=L ισχύει ήδη από την αρχή.
Αυτό δεν συνεπάγεται ότι T>0.
Ένα απλό παράδειγμα
Έχεις δύο χάντρες στο διάστημα.
Τις ενώνεις με ιδανικό, αβαρές, μη εκτατό νήμα.
Τις τοποθετείς σε απόσταση ακριβώς L.
Κανείς δεν τις τραβά.
Καμία εξωτερική δύναμη δεν υπάρχει.
Έχουν μηδενική ταχύτητα.
Τότε: T=0.
Όμως το νήμα είναι ήδη πλήρως τεντωμένο.
Δεν υπάρχει χαλάρωση.
Πότε εμφανίζεται τάση;Η τάση είναι δύναμη αντίδρασης.
Εμφανίζεται μόνο όταν κάποια κίνηση τείνει να παραβιάσει τον δεσμό.
Αν δεν υπάρχει τέτοια τάση παραβίασης: T=0.
Αυτό είναι γενική αρχή της μηχανικής των ιδανικών δεσμών.
Εφαρμογή στην άσκησηΑρχικά
Αν το νήμα είναι ήδη τεντωμένο, τότε μέχρι να συγκρουστεί η μεσαία με μία ακραία, οι ακραίες δεν έχουν κανέναν λόγο να κινηθούν.
Άρα: T=0 σε όλη αυτή τη φάση.
Μόλις όμως γίνει η κρούση, η δεξιά χάντρα τείνει να κινηθεί προς τα δεξιά.
Τότε ο δεσμός ενεργοποιείται και εμφανίζεται τάση.
Αυτό είναι συμβατό με την εκφώνηση;
Εδώ είναι το λεπτό σημείο.
Η εκφώνηση γράφει:
και
Δεν γράφει:
ούτε
Το “ευθύγραμμο” από μόνο του δεν αποκλείει ούτε τη μία ούτε την άλλη κατάσταση.
Εδώ όμως ο κ. Καβαλλιεράτος διατυπώνει μια πρόσθετη φυσική παραδοχήΌταν γράφει:
συμφωνώ.
Όταν όμως συμπεραίνει από αυτό ότι
εκεί δεν συμφωνώ.
Γιατί στην Αναλυτική Μηχανική αυτά είναι δύο διαφορετικά πράγματα.
Ένας ιδανικός δεσμός μπορεί να είναι ενεργός χωρίς να ασκεί αντίδραση.
Οι αντιδράσεις εμφανίζονται μόνο όταν απαιτούνται.
Η δική μου αμφιβολία. Υπάρχει όμως ένα σημείο που θα ήθελα να τον ρωτήσω.
Αν όντως θεωρεί ότι το νήμα είναι αρχικά χαλαρό, τότε θα έπρεπε να υπάρχει μια μικρή περίοδος όπου η δεξιά χάντρα, μετά την πρώτη κρούση, κινείται ελεύθερα μέχρι να εξαφανιστεί η χαλάρωση του νήματος.
Αυτό σημαίνει ότι η χρονική εξέλιξη εξαρτάται από το πόση χαλάρωση υπήρχε αρχικά.
Η εκφώνηση όμως δεν δίνει αυτή την ποσότητα.
Επομένως, αν το μοντέλο είναι «αρχικά χαλαρό νήμα», θεωρώ ότι λείπει ένα φυσικό δεδομένο.
Πάντως η συζήτησή μας μου γεννά μια υποψία: ίσως ο κ. Καβαλλιεράτος δεν θεωρεί το νήμα απλώς χαλαρό, αλλά θεωρεί ότι ένα ιδανικό μη εκτατό νήμα δεν μπορεί καν να υπάρχει γεωμετρικά τεντωμένο χωρίς τάση.
Αν αυτή είναι η φιλοσοφική του θέση, τότε εκεί εντοπίζεται η πραγματική διαφωνία.
Προσωπικά δεν τη συμμερίζομαι, γιατί στην κλασική Αναλυτική Μηχανική ένας ιδανικός δεσμός μπορεί να είναι ενεργός με μηδενική αντίδραση μέχρι να χρειαστεί να αντιδράσει. Αυτό είναι η συνήθης αντιμετώπιση των ιδανικών περιορισμών.
Το βασικό συμπέρασμα
Ναι, ένα νήμα μπορεί να είναι αρχικά ακριβώς τεντωμένο και να έχει (T=0). Αυτό όμως δεν αρκεί για να καθορίσει τι θα συμβεί κατά την κρούση.
Επίσης, η προσέγγιση:
«Αν ο δεσμός είναι ενεργός από την αρχή, τότε μπορεί να διατηρηθεί η κινητική ενέργεια»
ήταν υπερβολικά απόλυτη. Η ύπαρξη ενεργού γεωμετρικού δεσμού δεν επιβάλλει από μόνη της ούτε διατήρηση ούτε απώλεια ενέργειας κατά ένα κρουστικό γεγονός.
Τι είναι βέβαιο αρχικά
Αν (L) είναι το μήκος του νήματος και (x1,x3) οι θέσεις των ακραίων χαντρών, μπορούμε να έχουμε: x3-x1=L, και T=0.
Το νήμα είναι «μόλις τεντωμένο», χωρίς προένταση. Δεν χρειάζεται εξωτερική δύναμη για να συμβαίνει αυτό.
Το νήμα αποτελεί μονόπλευρο δεσμό: x3-x1= L,
επειδή μπορεί να εμποδίσει την αύξηση της απόστασης, αλλά δεν μπορεί να εμποδίσει τη μείωσή της ούτε να ασκήσει θλιπτική δύναμη. Τα καλώδια και τα νήματα αποτελούν χαρακτηριστικά παραδείγματα τέτοιων μονόπλευρων δεσμών.
Τι συμβαίνει μόλις γίνει η κρούση;
Η δεξιά χάντρα τείνει να κινηθεί προς τα δεξιά, επομένως τείνει να αυξήσει την απόσταση των άκρων πάνω από (L). Τότε το νήμα αναπτύσσει τάση και, στο ιδανικό μοντέλο μηδενικής εκτατότητας, κρουστική ώθηση.
Από εδώ και πέρα, όμως, χρειάζεται ένας επιπλέον νόμος που να περιγράφει τη συμπεριφορά του νήματος κατά την απότομη τάνυση.
Η γεωμετρική συνθήκη v1’=v3′
και η διατήρηση της συνολικής ορμής δεν αρκούν για να αποφασίσουμε αν η ενέργεια:
Τι βρήκα στη βιβλιογραφία:
Υπάρχει ένα εξαιρετικά σχετικό άρθρο του A. G. Walker με τίτλο The Inextensible String. Εξετάζει ακριβώς δύο ίσες μάζες συνδεδεμένες με νήμα που γίνεται τεντωμένο.
Η συνηθισμένη γεωμετρική αντιμετώπιση δίνει κοινή ταχύτητα (V/2), άρα απώλεια του 50% της κινητικής ενέργειας.
Ο Walker όμως επισημαίνει ότι αυτό δεν είναι μοναδική ή αυτονόητη φυσική συνέπεια του «μη εκτατού νήματος».
Αν το νήμα θεωρηθεί ως όριο πολύ δύσκαμπτου αλλά ελαστικού νήματος, μπορεί να αποθηκεύσει προσωρινά ενέργεια και να την επιστρέψει, οπότε η ενέργεια διατηρείται και το νήμα ξαναχαλαρώνει.
Μάλιστα γράφει ρητά ότι δεν πρόκειται απλώς για δύο μεθόδους λύσης του ίδιου προβλήματος, αλλά για διαφορετικά προβλήματα που αντιστοιχούν σε διαφορετικές έννοιες του “μη εκτατού νήματος”. (Cambridge)
Ακόμη πιο σημαντικό για τη δική μας συζήτηση: εξετάζει δύο μάζες με νήμα ήδη μόλις τεντωμένο, όταν ασκείται σύντομη ισχυρή δύναμη στη μία.
Βρίσκει ότι η τελική κίνηση εξαρτάται από τη σχέση μεταξύ:
Δηλαδή, ακόμη και όταν το νήμα είναι αρχικά τεντωμένο, το ιδανικό όριο δεν δίνει κατ’ ανάγκην μία μοναδική απάντηση.
Άρα τι ισχύει για τον ισχυρισμό του συγγραφέα;Η λύση (υ/2,0,υ/2)
μετά την πρώτη συνολική διαδικασία είναι απολύτως θεμιτή αν θεωρήσουμε την απότομη τάνυση πλήρως ανελαστική ως προς τη σχετική κίνηση των άκρων. Τότε τα άκρα αποκτούν κοινή ταχύτητα και χάνεται κινητική ενέργεια.
Για υ=8m/s, τότε (υ1,υ2,υ3)=(4,0,4) m/s
Η αρχική κινητική ενέργεια είναι Ki=32J
ενώ μετά: Kf=16J
Άρα χάνονται 16J
Αυτό είναι συνεπές μοντέλο.
Δεν είναι όμως σωστό να λέμε ότι το αποτέλεσμα προκύπτει αναγκαστικά μόνο από το ότι:
Η ασυνέχεια της τάσης δεν καθορίζει από μόνη της τον συντελεστή ενεργειακής απώλειας. Χρειάζεται να προσδιοριστεί πώς μοντελοποιείται η απότομη τάνυση: πλήρως ανελαστικά, ελαστικά ή μέσω συγκεκριμένου ελαστικού νήματος.
Η τελική μου θέση
-Το αρχικό νήμα μπορεί να είναι τεντωμένο με (T=0).
-Η πρώτη κρούση προκαλεί κρουστική τάση, επειδή η δεξιά χάντρα τείνει να απομακρύνει τα άκρα.
-Το ότι το νήμα ήταν ήδη τεντωμένο δεν εγγυάται διατήρηση της ενέργειας.
-Το ότι η τάση εμφανίζεται ασυνεχώς δεν αποδεικνύει από μόνο του συγκεκριμένη απώλεια ενέργειας.
-Το αποτέλεσμα ((u/2,0,u/2)) αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη, πλήρως ανελαστική σύλληψη της απότομης τάνυσης.
-Η δική σου λύση με διατήρηση ενέργειας αντιστοιχεί σε διαφορετικό νόμο κρούσης/διαφορετική ιδεατή συμπεριφορά του νήματος.
Επομένως, ο συγγραφέας έχει δίκιο ως προς το αποτέλεσμα μέσα στο μοντέλο που επιλέγει, αλλά όχι ότι αυτό είναι η μοναδική συνέπεια των λέξεων «αβαρές, μη εκτατό νήμα». Η σχετική βιβλιογραφία επιβεβαιώνει ακριβώς ότι το ιδανικό «μη εκτατό νήμα» σε κρουστικά φαινόμενα χρειάζεται επιπλέον φυσική προδιαγραφή.
Ελπίζω η “συζήτηση” να βοηθά στο να γίνουν πιο σαφή ορισμένα που θεωρήθηκαν μονόδρομος και δεδομένα….
ΥΓ: Τώρα κατάλαβα γιατί εσύ και ο Γιώργος ο Κόμης γίνατε “σοφοί” φυσικοί….
Βγαίνετε τα βράδια με εκλεκτή παρέα και παίρνετε μαζί σας και τη φυσική….Εγώ δεν το έκανα ποτέ αυτό…. και μάλιστα ανάμεσα σε θηλυκή παρέα και τη φυσική ως παρέα, προτιμούσα πάντα την πρώτη…. γι αυτό και δεν πρόκοψα….σνιφ…
Το πλήρες σχόλιο που δεν έστειλα προηγουμένως:
Ωραία ιδέα Κωνσταντίνε. Μήπως θα ήταν προτιμότερο το νήμα να αντικατασταθεί με λεπτή αβαρή ράβδο που οι δύο ακραίες σφαίρες είναι στερεωμένες στα άκρα της και διαπερνά τη μεσαία που μπορεί να κινείται κατά μήκος της χωρίς τριβές;
Γεια σου Γιωργο. Για ποιο λογο αυτο θα ηταν προτιμοτερο;
Αναλυτικά
και..
Θοδωρη τους αθλίους του ΒΙκτωρος Ουγκω εγραψες.Στην εκφωνηση δεν χρησιμοποιησα την λεξη τεντωμενο. Επιτηδες. Πολλοι θα νομιζαν (κακως) οτι τεντωμενο σημαινει και μη μηδενικη ταση .Για αυτο το απεφυγα.Χρησιμοποιησα την λεξη ευθυγραμμο που σε συνδιασμο με τα ανυπαρκτα δεδομενα περι συνθηκων που το τεντωνουν σημαινει οτι η ταση ειναι μηδεν. Αν εχεις μονο ενα νημα με δυο χαντρες κι τιποτα αλλο δεν ειναι δυνατον να εχεις μη μηδενικη ταση νηματος.Στις εκφωνησεις πρεπει να παιρνει κανεις δεδομενο οτι του δινουν και οχι οτι μπορει να φανταστει. Θα μπορουσα για παραδειγμα να βαλω τις μπιλιες με το νημα πανω σε λειο οριζοντιο επιπεδο μεσα στο κατακορυφο πεδιο βαρυτητας και το προβλημα θα ηταν το ιδιο,αλλα αυτο θα ηταν πολυλογια και αχρηστο.Αν το ειχα δωσει ετσι παλι θα θεωρουσες οτι υπαρχει ταση; Kακώς.Δεν μπορω να το εξηγησω πιο απλα. (Θα με δειρει ο Λεβέτας)Εν παση περιπτωσει οι ταχυτητες των σφαιρων για τις πρωτες κρουσεις φαινονται στο σχημα του Ψυλάκου στην δευτερη σελιδα των σχολιων και στο τελευταιο σχόλιο του Γιωργου Χριστόπουλου. Καθε αλλη θεωρηση ειναι λανθασμενη(λεω εγω).