2ο Τρίωρο ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΑ ΚΥΜΑΤΑ

Δείτε το Διαγώνισμα και τις Απαντήσεις 

ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ΑΝΑΜΕΣΑ ΣΕ ΥΠΕΡΒΟΛΕΣ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ

Δύο σύγχρονες ηχητικές πηγές Π₁ και Π₂ βρίσκονται στα άκρα ενός οριζοντίου ευθυγράμμου τμήματος ΑΒ μήκους 8 m και παράγουν ηχητικά κύματα ίδιου πλάτους, τα οποία διαδίδονται με ταχύτητα υ = 340 m/sec.

Ένα σώμα, που βρίσκεται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο με τις πηγές, είναι στερεωμένο στο ένα άκρο ενός ελατηρίου σταθεράς k = 100 Ν/m, του οποίου ο άξονας είναι παράλληλος προς το ευθύγραμμο τμήμα ΑΒ, όπως στο σχήμα.

Αρχικά, το σώμα ηρεμεί στο σημείο Ν της μεσοκαθέτου σε απόσταση ΜΝ = 3√ 5  m από το μέσον Μ του ευθυγράμμου τμήματος ΑΒ. Ενεργούμε στο σώμα με μια οριζόντια σταθερή δύναμη F = 100 N με φορά προς τα δεξιά, οπότε αρχίζει να κινείται και το ελατήριο να συσπειρώνεται. Τριβές δεν υπάρχουν.

Κάποια στιγμή, και ενώ πάνω του συνεχίζει να ενεργεί η F, το σώμα σταματάει για μια στιγμή. Τότε καταργούμε την F και το σώμα αρχίζει να κάνει α.α.τ., με θέση ισορροπίας το σημείο Ν. Με κατάλληλο μηχανισμό (π.χ. μικρόφωνο) διαπιστώνουμε ότι οι ακραίες θέσεις της ταλάντωσης του σώματος είναι θέσεις αναιρετικής συμβολής των ηχητικών κυμάτων, χωρίς να υπάρχει άλλη θέση αναίρεσης ανάμεσά τους. 

Να βρεθούν: …….

ΠΩΣ ΤΟ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΤΗΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗΣ ΕΝΟΣ ΣΗΜΕΙΟΥ ΜΑΣ ΑΠΟΚΑΛΥΠΤΕΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΓΙΑ ΕΝΑ ΣΤΑΣΙΜΟ ΚΥΜΑ

Τα δύο άκρα Κ, Λ μιας τεντωμένης οριζόντιας  χορδής, που είναι τοποθετημένη κατά μήκος του άξονα x΄x, ξεκινούν ταυτόχρονα να εκτελούν α.α.τ., κάθετα στη διεύθυνση της χορδής, με ίδιο πλάτος Α, ίδια συχνότητα και μηδενική αρχική φάση. Έτσι, κατά μήκος της χορδής διαδίδονται, προς αντίθετες κατευθύνσεις, δύο εγκάρσια κύματα με ταχύτητα υ = 10 m/s. 

Κάποια στιγμή t₁ τα δύο κύματα έχουν φτάσει ως τα σημεία Ο και Δ της χορδής, έχοντας διανύσει δύο ίσες αποστάσεις ΚΟ και ΛΔ.  Τη στιγμή αυτή τα σημεία Ο και Δ ξεκινούν να εκτελούν α.α.τ. με ίδιο πλάτος Α, ίδια συχνότητα και μηδενική αρχική φάση. Τα δύο κύματα τελικά συμβάλλουν και σε όλο το μήκος της χορδής ΚΛ εμφανίζεται στάσιμο κύμα. 

Στο σχήμα 2 παριστάνεται γραφικά η απομάκρυνση ενός σημείου Σ της χορδής σε συνάρτηση με το χρόνο. Το Ο το θεωρούμε αρχή των τετμημένων του άξονα xx΄ και, όπως φαίνεται στο σχήμα 1, το σημείο Σ βρίσκεται ανάμεσα στα Ο, Δ και πιο κοντά στο Ο. Να βρεθούν:

ΠΡΟΣΕΔΑΦΙΣΗ ΑΕΡΟΠΛΑΝΟΥ ΜΕ ΧΑΜΗΛΗ ΟΡΑΤΟΤΗΤΑ

Η συμβολή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, που εκπέμπονται από σύγχρονες πηγές, βρίσκει εφαρμογή στην καθοδήγηση των αεροσκαφών για ασφαλείς προσγειώσεις με χαμηλή ορατότητα. Μπορεί στην πράξη η χρησιμοποιούμενη τεχνική να είναι πιο περίπλοκη από αυτήν που περιγράφεται στην παρακάτω εφαρμογή, βασίζεται όμως στις γνωστές αρχές της συμβολής.

Σε καιρό καταιγίδας, με χαμηλή ορατότητα, ένα αεροπλάνο ετοιμάζεται να προσγειωθεί. Οι ηλεκτρονικές συσκευές του εντοπίζουν ένα ισχυρό σήμα που   προέρχεται από τη συμβολή δύο ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με ίδια συχνότητα f = 20 MHz  και ίδια φάση, τα οποία εκπέμπονται από δύο κεραίες Π₁ και Π₂ που βρίσκονται εκατέρωθεν του διαδρόμου προσγείωσης και σε απόσταση Π₁Π₂ = 40 m μεταξύ τους. 

Ο πιλότος “κλειδώνει” την πορεία του αεροπλάνου πάνω σ’ αυτό το ισχυρό σήμα.

Α. Βρείτε το μήκος κύματος των ραδιοκυμάτων. (Δίνεται c = 3.10⁸m/s)

Β. Κάποια στιγμή ο πιλότος πληροφορείται από τον πύργο ελέγχου ότι:   

• Βρίσκεται και κινείται στην πρώτη υπερβολή ενισχυτικής συμβολής μετά τη μεσοκάθετο στο Π₁Π₂, που είναι η κεντρική γραμμή του διαδρόμου προσγείωσης.
•  Η πορεία του, εκείνη τη στιγμή, σχηματίζει γωνία 30⁰ με τη μεσοκάθετο στο Π₁Π₂, και ότι, 
• εκείνη τη στιγμή, η απόστασή του από το κεντρικό σημείο M του Π₁Π₂ είναι AM=2 km.

Β₁. Σε πόση απόσταση d από την κεντρική γραμμή του διαδρόμου προσγείωσης βρίσκεται το αεροπλάνο τη στιγμή της επικοινωνίας του με τον πύργο ελέγχου;

Β₂. Σε πόση απόσταση από το κεντρικό σημείο του Π₁Π₂ θα διέλθει κατά την προσεδάφισή του το αεροπλάνο, αν συνεχίσει να κινείται στην πρώτη υπερβολή ενισχυτικής συμβολής;

Β₃. Πόσες μοίρες πρέπει ο πιλότος να προλάβει να στρίψει το ρύγχος του αεροπλάνου, ώστε μετά την προσεδάφισή του να κινηθεί παράλληλα προς την κεντρική γραμμή του διαδρόμου προσγείωσης;

Γ. Η ιδανικότερη περίπτωση είναι  …

ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΔΕΣΜΗΣ LASER ΣΕ ΓΥΑΛΙ ΣΧΗΜΑΤΟΣ L

Μια φωτεινή δέσμη Laser προσπίπτει υπό γωνία 45⁰ στη μια πλευρά ενός γυάλινου κομματιού σχήματος L, όπως φαίνεται στο σχήμα. Κάθε σκέλος της γυάλινης γωνίας έχει το ίδιο πάχος d. Αν δεν συνέβαινε διάθλαση της δέσμης,  θα κινούνταν στο εσωτερικό της γυάλινης γωνίας ακριβώς όπως η διακεκομμένη γραμμή του σχήματος. Αλλά υπάρχει διάθλαση, κι έτσι η δέσμη Laser εξέρχεται από το γυαλί

α.  δεξιά από τη διακεκομμένη γραμμή.

β.  ακριβώς στην προέκταση της διακεκομμένης γραμμής.

γ.  αριστερά από τη διακεκομμένη.

Επιλέξτε, με αιτιολόγηση, το σωστό.

• ΑΠΑΝΤΗΣΗ

ΑΠΛΗ ΑΡΜΟΝΙΚΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ΚΑΙ ΤΡIΒΗ

Όταν το σύστημα που φαίνεται στο σχήμα βρίσκεται σε ισορροπία, το δεξί ελατήριο  είναι τεντωμένο κατά x₁. Ο συντελεστής μέγιστης στατικής τριβής μεταξύ των επιφανειών επαφής των δύο σωμάτων είναι μ_s, ενώ δεν υπάρχει τριβή μεταξύ του κάτω σώματος και του δαπέδου. Όπως φαίνεται στο σχήμα, οι σταθερές του δεξιού και του αριστερού ελατηρίου είναι k και 3k, αντίστοιχα. Τα σώματα έχουν ίσες μάζες m. 
Να βρείτε το μέγιστο πλάτος ταλάντωσης του συστήματος  για το οποίο το πάνω σώμα δεν ολισθαίνει ως προς το κάτω.

Δείτε:

• Την Εκφώνηση σε PDF, και 
• Τη Λύση.

ΑΞΙΟΠΟΙΩΝΤΑΣ ΤΗ ΣΧΕΣΗ ΤΗΣ ΕΛΑΧΙΣΤΗΣ ΑΚΕΡΑΙΑΣ ΑΝΑΛΟΓΙΑΣ ΣΤΑ ΠΕΡΙΟΔΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

Ήμουν μαθητής  στην πρώτη τάξη Λυκείου όταν ο καθηγητής μας της Άλγεβρας  μας έθεσε το ερώτημα:

«Δύο κινητά εκτελούν ομαλή κυκλική κίνηση κινούμενα δεξιόστροφα πάνω στην ίδια περιφέρεια κύκλου με περιόδους Τ₁ = 2,5 min και T₂ =  6 min, αντίστοιχα. Σε πόσο χρόνο μετά από μια συνάντησή τους θα ξανασυναντηθούν στο ίδιο σημείο;»

 Θυμάμαι ότι δυσκολευτήκαμε.  Ήταν η πρώτη φορά που ανακαλύπταμε τη χρησιμότητα της ελάχιστης ακέραιας αναλογίας. Έχω, λοιπόν, ένα απωθημένο, με βάση το οποίο διαμορφώθηκε το ερώτημα Γ στην άσκηση που ακολουθεί.

Τα δύο σώματα Σ₁ και Σ₂ με μάζες M = 6 kgr και m = 1 kgr, αντίστοιχα, ισορροπούν δεμένα  μεταξύ τους με ένα τεντωμένο κατακόρυφο αβαρές σχοινί. Το καθένα είναι στερεωμένο στο άκρο ενός ελατηρίου, όπως στο σχήμα. Τα δύο ελατήρια έχουν σταθερές σκληρότητας k₁ = 150 N/m και k₂ = 100 N/m,  και οι θέσεις ισορροπίας των κέντρων των δύο σωμάτων βρίσκονται πάνω στην ίδια κατακόρυφο. Το πάνω ελατήριο είναι παραμορφωμένο κατά 0,4 m.

Α. Να βρείτε την παραμόρφωση Δℓ₁ του κάτω ελατηρίου.  

B. Κάποια στιγμή (t = 0) κόβουμε το σχοινί και τα δύο σώματα αρχίζουν να εκτελούν α.α.τ. Πόση είναι η ενέργεια ταλάντωσης κάθε συστήματος «ελατήριο – μάζα»;

Γ.  Ποια χρονική στιγμή, μετά την έναρξη της ταλάντωσης, θα βρεθούν τα κέντρα των δύο σωμάτων για πρώτη φορά στην ελάχιστη μεταξύ τους απόσταση;

Δ. Με ποιο ...

Δείτε:

•  Ολόκληρη την Άσκηση σε PDF
• Την προτεινόμενη Λύση της