Για να εκτυπώσετε το Θέμα πατήστε "Εκτύπωση"!

Τύπος Σχολείου: Γενικό Λύκειο Πηγή: Ι.Ε.Π. Αναγνώσθηκε: 41219 φορές Επικοινωνία
Μάθημα: Φυσική Τάξη: Α' Λυκείου
Κωδικός Θέματος: 12354 Θέμα: 4
Τελευταία Ενημέρωση: 21-Μαΐ-2022 Ύλη: 1.1 ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗ ΚΙΝΗΣΗ 1.1.5. Η έννοια της ταχύτητας στη ευθύγραμμη ομαλή κίνηση 1.1.6. Η έννοια της μέσης ταχύτητας
Το θέμα προέρχεται και αντλήθηκε από την πλατφόρμα της Τράπεζας Θεμάτων Διαβαθμισμένης Δυσκολίας που αναπτύχθηκε (MIS5070818-Tράπεζα θεμάτων Διαβαθμισμένης Δυσκολίας για τη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, Γενικό Λύκειο-ΕΠΑΛ) και είναι διαδικτυακά στο δικτυακό τόπο του Ινστιτούτου Εκπαιδευτικής Πολιτικής (Ι.Ε.Π.) στη διεύθυνση (http://iep.edu.gr/el/trapeza-thematon-arxiki-selida)
Τύπος Σχολείου: Γενικό Λύκειο
Τάξη: Α' Λυκείου
Μάθημα: Φυσική
Θέμα: 4
Κωδικός Θέματος: 12354
Ύλη: 1.1 ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗ ΚΙΝΗΣΗ 1.1.5. Η έννοια της ταχύτητας στη ευθύγραμμη ομαλή κίνηση 1.1.6. Η έννοια της μέσης ταχύτητας
Τελευταία Ενημέρωση: 21-Μαΐ-2022
Το θέμα προέρχεται και αντλήθηκε από την πλατφόρμα της Τράπεζας Θεμάτων Διαβαθμισμένης Δυσκολίας που αναπτύχθηκε (MIS5070818-Tράπεζα θεμάτων Διαβαθμισμένης Δυσκολίας για τη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, Γενικό Λύκειο-ΕΠΑΛ) και είναι διαδικτυακά στο δικτυακό τόπο του Ινστιτούτου Εκπαιδευτικής Πολιτικής (Ι.Ε.Π.) στη διεύθυνση (http://iep.edu.gr/el/trapeza-thematon-arxiki-selida)
Θέμα 4ο

Πομπός GPS στερεώνεται στο σώμα ενός παπαγάλου ώστε να στέλνει διαρκώς την θέση του σε ερευνητές που τον παρακολουθούν. Ο παπαγάλος αφήνεται ελεύθερος και η πορεία του καταγράφεται στο πιο κάτω διάγραμμα. Θεωρούμε ότι το εργαστήριο από το οποίο ξεκινάει σε χρόνο 𝑡=0 βρίσκεται στην θέση 𝑥=0 και ότι το πτηνό κινείται πάνω σε μια νοητή ευθεία καθ’ όλη τη διαδρομή του.

Καλείστε να βοηθήσετε τη μελέτη της κίνησης του πτηνού. Υπολογίστε:
4.1) τη μέση ταχύτητα του παπαγάλου από τη χρονική στιγμή της εκκίνησης μέχρι τη χρονική στιγμή 𝑡=20 𝑠 (σημείο Α του διαγράμματος),
4.2) τη μέση ταχύτητα του παπαγάλου από τη χρονική στιγμή της εκκίνησης, μέχρι τη χρονική στιγμή 𝑡=30 𝑠 μετά την εκκίνηση του,
4.3) τη θέση του πτηνού τη χρονική στιγμή 𝑡=45 𝑠 (σημείο Β του διαγράμματος).
4.4) Σχεδιάστε σε βαθμολογημένους άξονες το διάγραμμα της τιμής της ταχύτητας σε συνάρτηση με το χρόνο.
(Μονάδες 6+7+6+6)

Ενδεικτική Λύση
4.1) Οι πληροφορίες που παίρνουμε από το διάγραμμα για την κίνηση του παπαγάλου σε μορφή πίνακα:

Χρονικό Διάστημα Είδος Κίνησης
010 s Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση
1015 s Ακινησία
1520 s Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση
2040 s Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση (επιστρέφει προς την αφετηρία)
010 s Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση (προσπερνά την αφετηρία και συνεχίζει προς την αντίθετη κατεύθυνση

Με βάση το διάγραμμα ο παπαγάλος διανύει 400 m σε χρόνο 20 s οπότε:
𝜐𝜇=40020𝑚𝑠=20𝑚𝑠
(Μονάδες 6)

4.2) Στο χρονικό διάστημα από 2030 s ο παπαγάλος κινείται με κατεύθυνση προς το σημείο από όπου ξεκίνησε. Για το κομμάτι της διαδρομής ΑΒ ο παπαγάλος έχει σταθερή ταχύτητα, παριστάνεται γραφικά με όλα τα σημεία της διαδρομής να βρίσκονται πάνω στο ίδιο ευθύγραμμο τμήμα.
Άρα, η ταχύτητα του 𝜐𝛢𝛣 θα υπολογιστεί από το διάστημα 2040 s:

𝜐𝛢𝛣=𝛥𝑥2040𝛥𝑡=40020𝑚𝑠=20𝑚𝑠

Άρα για το χρονικό διάστημα 2030 s ο παπαγάλος διάνυσε απόσταση:
|𝛥𝑥2030|=|𝜐𝛢𝛣|𝛥𝑡2030=2010 𝑚=200 𝑚
(Μονάδες 3)

Οπότε η συνολική απόσταση για τα πρώτα 30 s είναι:

|𝛥𝑥030|=|𝛥𝑥010|+|𝛥𝑥1015|+|𝛥𝑥1520|+|𝛥𝑥2030| |𝛥𝑥030|=(200+0+200+200) 𝑚=600 𝑚

Η μέση ταχύτητα για τα πρώτα 30 s είναι:

𝜐𝜇,30=𝑆030𝛥𝑡030=60030𝑚𝑠=20𝑚𝑠

(Μονάδες 4)

4.3) Για το κομμάτι της διαδρομής ΑΒ ο παπαγάλος έχει ταχύτητα μέτρου 𝜐𝛢𝛣=20𝑚𝑠 και τη χρονική στιγμή 40 s έχει επιστρέψει στην αφετηρία.
Για το χρονικό διάστημα 4045 s θα διανύσει απόσταση:
|𝛥𝑥2|=|𝜐𝛢𝛣|𝛥𝑡4045=205 𝑚=100 𝑚
Eπειδή κινείται σε μια ευθεία, θα βρίσκεται σε απόσταση 100 μέτρα από το σημείο που απελευθερώθηκε, αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση από αυτή που πέταξε αρχικά. Δηλαδή στη θέση x=100 m στον άξονα της κίνησης του.
(Μονάδες 6)

4.4) Για να σχεδιάσουμε το διάγραμμα της ταχύτητας ως προς το χρόνο χρειάζεται να υπολογίσουμε την ταχύτητα για το χρονικό διάστημα 010 s

𝜐010=|𝛥𝑥010|𝛥𝑡010=20010𝑚𝑠=20𝑚𝑠

Και για το χρονικό διάστημα 1520 s:

𝜐1520=|𝛥𝑥1520|𝛥𝑡1520=2005𝑚𝑠=40𝑚𝑠

(Μονάδες 6)

Σημείωση: Εάν παρατηρούσαμε ένα διάγραμμα της ταχύτητας ως προς το χρόνο βασισμένο σε πραγματικές τιμές από αντίστοιχες παρατηρήσεις / κινήσεις πτηνών, δε θα βλέπαμε αυτές τις απότομες αλλαγές ταχύτητας και κατεύθυνσης. Θα ήταν διαρκώς μεταβαλλόμενο κατά τη διάρκεια της πτήσης, με επιταχύνσεις και επιβραδύνσεις κατά τη διάρκεια του πετάγματος και πριν/μετά τις στάσεις του. Για τις ανάγκες της άσκησης χρησιμοποιήθηκαν εξιδανικευμένα δεδομένα που επιτρέπουν την αναπαράσταση και επεξεργασία με γνώσεις της Α΄ Λυκείου.