Για να εκτυπώσετε το Θέμα πατήστε "Εκτύπωση"!

Τύπος Σχολείου: Γενικό Λύκειο Πηγή: Ι.Ε.Π. Αναγνώσθηκε: 18791 φορές Επικοινωνία
Μάθημα: Φυσική Τάξη: Α' Λυκείου
Κωδικός Θέματος: 11623 Θέμα: 4
Τελευταία Ενημέρωση: 26-Μαρ-2025 Ύλη: Χωρίς Αντιστοίχιση Ύλης
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: 11623
Ύλη: Χωρίς Αντιστοίχιση Ύλης
Τελευταία Ενημέρωση: 26-Μαρ-2025
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)
ΘΕΜΑ Δ

Σε ένα κιβώτιο μάζας 1 kg που κινείται ευθύγραμμα σε οριζόντιο δρόμο, ασκείται σταθερή οριζόντια δύναμη F, όπως φαίνεται στο σχήμα. Το κιβώτιο κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου 10 m/s. Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ του κιβωτίου και του δρόμου είναι μ=0,2.

Τη χρονική στιγμή t=0 s ένας μαθητής ξεκινά να παρατηρεί την κίνηση του κιβωτίου. Να υπολογίσετε:

Δ1) το μέτρο της δύναμης F
Μονάδες 6

Δ2) το έργο της δύναμης F, από τη χρονική στιγμή t=0, μέχρι τη στιγμή που το χρονόμετρο του μαθητή δείχνει t1=5 s.
Μονάδες 6

Τη χρονική στιγμή t1, καταργείται η δύναμη F. Να υπολογίσετε :

Δ3) τη συνολική μετατόπιση του κιβωτίου από τη χρονική στιγμή t=0, μέχρι τη στιγμή που σταμάτησε να κινείται.
Μονάδες 7

Δ4) το έργο της τριβής, από την χρονική στιγμή t1 μέχρι τη χρονική στιγμή που το κιβώτιο σταμάτησε να κινείται.
Μονάδες 6

Θεωρήστε την επιτάχυνση της βαρύτητας ίση με g=10 m/s2 και ότι η αντίσταση του αέρα είναι αμελητέα.

Ενδεικτική Λύση
Δ1) Το κιβώτιο Α εκτελεί ευθύγραμμη ομαλή κίνηση και από τον 1ο νόμο του Νεύτωνα έχουμε :

ΣF=0

Άρα η δύναμη F είναι ίση κατά μέτρο με την τριβή ολίσθησης που εμφανίζεται μεταξύ κιβωτίου και δρόμου.

Τ=μN=μB=μmg

Οπότε και F=2 N.

Δ2) Το κιβώτιο για το χρονικό διάστημα από t=0 s μέχρι t1=5 s κινείται με σταθερή ταχύτητα, οπότε μετατοπίζεται κατά Δx1=50 m. Άρα το έργο της δύναμης F υπολογίζεται από τον τύπο:

WF=FΔx1 WF=100 J

Δ3) Όταν παύσει να ασκείται η δύναμη F, το κιβώτιο θα κινηθεί ευθύγραμμα υπό την επίδραση της τριβής ολίσθησης, μέχρι να ακινητοποιηθεί.

Με βάση το 2ο νόμο του Νεύτωνα ΣF=mα, η επιβράδυνση που θα έχει το σώμα τότε θα είναι:

α=2 ms2

Η εξίσωση της ταχύτητας για την επιβραδυνόμενη αυτή κίνηση θα είναι:

υτελ=υαt

και τελικά ο χρόνος κίνησης για το διάστημα από t1 μέχρι να ακινητοποιηθεί υπολογίζεται σε 5 s.

Άρα κάνει δύο κινήσεις:
1η Κίνηση: αρχικά Ε.Ο.Κ. για 5 s (όπου μετατοπίζεται κατά 50 m) και
2η Κίνηση: στη συνέχεια επιβραδυνόμενη κίνηση για άλλα 5 s.

Η μετατόπιση σε αυτό το χρόνο (Δt2=t2t1) προκύπτει:

Δx2=υ(Δt2)12α(Δt2)2=25 m

Άρα η συνολική μετατόπιση για όσο κινείται το κιβώτιο είναι: 75 m.

Δ4) Το έργο της τριβής είναι:

WT=TΔx2

Επομένως για τα 25 μέτρα μέχρι να σταματήσει να κινείται, το έργο της τριβής θα είναι:

WT=50 J