Στις προτάσεις Α1–Α3 να επιλέξετε τη φράση η οποία συμπληρώνει σωστά την ημιτελή πρόταση.
Α1. Στον νόμο του Ampere, η διαχεόμενη ένταση Β και το στοιχειώδες μήκος dℓ:
- είναι πάντα ομόρροπα μεταξύ τους
- είναι πάντα αντίρροπα μεταξύ τους
- μπορεί να είναι κάθετα μεταξύ τους
- αν πολλαπλασιαστούν μεταξύ τους, έχουν μονάδες μέτρησης το Ampere
Α2. Ένα σύστημα ελατηρίου–σώματος εκτελεί εξαναγκασμένη ταλάντωση. Η συχνότητα ταλάντωσης του συστήματος θα μεταβληθεί αν μεταβληθεί:
- η σταθερά απόσβεσης b
- η συχνότητα της εξωτερικής περιοδικής δύναμης
- η σταθερά του ελατηρίου
- η μάζα του σώματος
Α3. Ένα πηνίο αυτεπαγωγής L περιέχει πυρήνα υλικού μαγνητικής διαπερατότητας μ και έχει αποθηκευμένη ενέργεια U. Αν αφαιρέσουμε τον πυρήνα του υλικού, τότε η νέα αυτεπαγωγή L′ και η νέα ενέργεια του πηνίου U′ θα γίνει:
- L′ = L και U′ = U
- L′ = L / μ και U′ = U
- L′ = L και U′ = U / μ
- L′ = L / μ και U′ = U / μ
Α4. Ποιο από τα παρακάτω γραφήματα απεικονίζει το φάσμα εκπομπής δύο μελανών σωμάτων, με απόλυτες θερμοκρασίες Τ₁ και Τ₂, με Τ₂ > Τ₁;
(Στα σχήματα δίνεται η ένταση ακτινοβολίας σε συνάρτηση με το μήκος κύματος λ)
α) Α β) Β γ) Γ δ) Δ
Α5. Να γράψετε στο τετράδιό σας το γράμμα κάθε πρότασης και δίπλα σε κάθε γράμμα τη λέξη Σωστό, για τη σωστή πρόταση, και τη λέξη Λάθος, για τη λανθασμένη.
- Η ενεργός τάση του οικιακού δικτύου είναι 220V και η συχνότητα είναι 50Hz.
- Το 1Α ορίζεται με βάση τη δύναμη που ασκείται ανάμεσα σε δύο ευθύγραμμους ρευματοφόρους αγωγούς που βρίσκονται σε απόσταση 1m.
- Ο νόμος του Ampere ισχύει και για ρεύματα μεταβλητής έντασης.
- Η αρχή της αβεβαιότητας συνδέει την απροσδιοριστία στη μέτρηση της ορμής με την απροσδιοριστία στη μέτρηση της ενέργειας ενός σωματιδίου.
- Το μέτρο της μεταβολής της ορμής ενός σώματος μάζας m, που εκτελεί ομαλή κυκλική κίνηση ακτίνας r με γωνιακή ταχύτητα ω, σε μία ημιπερίοδο είναι 2mωr ενώ της στροφορμής του είναι \(2mωr^2\).
Β1. Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα διαδίδεται σε κάποιο μέσο κι έχει εξίσωση έντασης ηλεκτρικού πεδίου:
$$E = E_{max} \cdot \eta\mu 2\pi \left( \frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda} \right)$$
όπου Τ η περίοδος και λ το μήκος κύματος. Σε μεγάλη απόσταση από την πηγή του κύματος, η ένταση του μαγνητικού πεδίου τη χρονική στιγμή \(t = \frac{T}{8}\) και \(x = 0\) ισούται με:
i) \(B = \frac{B_{max}\sqrt{2}}{2}\) ii) \(B = \frac{B_{max}}{2}\) iii) \(B = B_{max}\sqrt{2}\)
Μονάδες 2+6=8
α) Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. (Μονάδες 2)
β) Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας. (Μονάδες 6)
Β2. (Φωτοηλεκτρικό Φαινόμενο)
Στη κάθοδο κυκλώματος φωτοηλεκτρικού φαινομένου προσπίπτουν φωτόνια με συχνότητα \(f_1\), τριπλάσια της συχνότητας κατωφλίου \(f_0\), και τα ηλεκτρόνια εξέρχονται με κινητική ενέργεια \(K_1\). Έπειτα επιταχύνονται από τάση \(V_1\) και φτάνουν στην άνοδο με κινητική ενέργεια τριπλάσια της αρχικής τους. Επαναλαμβάνουμε το πείραμα με άγνωστη ακτινοβολία συχνότητας \(f_2\) και αντιστρέφουμε την πολικότητα της τάσης \(V_1\), κρατώντας την ίδια τιμή, οπότε τα εξερχόμενα ηλεκτρόνια οριακά δεν φτάνουν στην άνοδο. Η συχνότητα \(f_2\) ισούται με:
i) \(3f_0\) ii) \(4f_0\) iii) \(5f_0\)
Μονάδες 2+6=8
α) Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. (Μονάδες 2)
β) Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας. (Μονάδες 6)
Β3. (Ηλεκτρομαγνητισμός)
Το κύκλωμα του σχήματος περιλαμβάνει ιδανικό πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής \(L\), πηγή με ΗΕΔ \(E\) και εσωτερική αντίσταση \(r\), ωμικό αντιστάτη αντίστασης \(R\) και διακόπτη Δ που είναι αρχικά κλειστός. Ανοίγουμε τον διακόπτη Δ. Τη χρονική στιγμή που η αποθηκευμένη ενέργεια στο πηνίο είναι ίση με το \(25\%\) της μέγιστης τιμής της, ο ρυθμός μεταβολής της έντασης του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο είναι ίσος με:
i) \(\frac{di}{dt} = -\frac{ER}{2rL}\) ii) \(\frac{di}{dt} = -\frac{E}{2L}\) iii) \(\frac{di}{dt} = -\frac{Er}{2RL}\)
Μονάδες 2+7=9
α) Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. (Μονάδες 2)
β) Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας. (Μονάδες 7)
Εκφώνηση: Ένα βλήμα Σ₁, μάζας \(m_1 = 50\text{g}\), έχει ταχύτητα μέτρου \(v_1 = 400\text{m/s}\) με το διάνυσμα της ταχύτητάς του να σχηματίζει με την οριζόντια διεύθυνση γωνία θ, με \(\sigma\upsilon\nu\theta = 0,6\). Το βλήμα Σ₁ συγκρούεται πλαστικά και ακαριαία με σώμα Σ₂, μάζας \(m_2 = 1,95\text{kg}\), αμελητέων διαστάσεων, που βρίσκεται πάνω σε ομογενή και ισοπαχή σανίδα μάζας \(M\) και μήκους \(L = 4\text{m}\). Η σανίδα είναι τοποθετημένη πάνω σε δύο στηρίγματα Α και Β που απέχουν από το αριστερό άκρο της ράβδου αποστάσεις \(1\text{m}\) και \(3\text{m}\) αντίστοιχα. Αρχικά το σώμα Σ₂ βρίσκεται ακίνητο πάνω από το στήριγμα Α και κατά την κρούση το συσσωμάτωμα που δημιουργείται δεν αναπηδά. Μετά την κρούση το συσσωμάτωμα κινείται κατά μήκος της ράβδου για χρονικό διάστημα \(0,6\text{s}\) και τη στιγμή που φτάνει στο άκρο της, η ράβδος οριακά ανατρέπεται. Να θεωρήσετε ίσο με το μηδέν τον συντελεστή τριβής ολίσθησης.
Γ1. Να βρείτε το μέτρο της μέσης κατακόρυφης συνιστώσας της δύναμης που δέχεται το Σ₁ από το Σ₂, εάν η χρονική διάρκεια της κρούσης είναι \(\Delta t = \frac{1}{100}\text{s}\). Μονάδες 5
Γ2. Να βρείτε τη θερμική ενέργεια που αναπτύχθηκε κατά την κρούση. Μονάδες 5
Γ3. Να βρείτε τον ρυθμό μεταβολής της ορμής του συσσωματώματος στη διάρκεια της κίνησής του. Μονάδες 5
Γ4. Να βρείτε τη μάζα \(M\) της ράβδου. Μονάδες 5
Γ5. Να βρείτε και να σχεδιάσετε σε αριθμημένους άξονες το μέτρο της δύναμης που ασκεί το στήριγμα Α στη ράβδο σε συνάρτηση με την απόσταση \(x\) του συσσωματώματος από το στήριγμα αυτό. Μονάδες 5
Εκφώνηση: Οι οριζόντιοι παράλληλοι αγωγοί \(Ax\) και \(\Gamma y\) του σχήματος έχουν αμελητέα αντίσταση και απέχουν μεταξύ τους απόσταση \(1\text{m}\). Τα άκρα \(A\) και \(\Gamma\) συνδέονται με κύκλωμα που περιλαμβάνει παράλληλα συνδεδεμένους τους αντιστάτες (1) και (2) με αντιστάσεις \(R_1 = 12\Omega\) και \(R_2 = 24\Omega\) αντίστοιχα. Ένας ομογενής μεταλλικός αγωγός \(K\Lambda\) αμελητέας αντίστασης, μάζας \(m = 2\text{kg}\) και μήκους \(l = 1\text{m}\), μπορεί να κινείται χωρίς τριβές με τα άκρα του συνεχώς σε επαφή με τους αγωγούς \(Ax\) και \(\Gamma y\). Ο αγωγός \(K\Lambda\) βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \(B = 2\text{T}\) και έχει συνδεθεί στο μέσο του με ιδανικό μονωτικό ελατήριο σταθεράς \(k = 50\text{N/m}\), του οποίου το άλλο άκρο είναι ακλόνητα στερεωμένο. Το τμήμα \(A\Gamma\) απέχει από το φυσικό μήκος του ελατηρίου απόσταση \(L = 0,6\text{m}\). Ο αγωγός είναι ακίνητος με την επίδραση οριζόντιας δύναμης \(F\) μέτρου \(20\text{N}\), η οποία ασκείται στο μέσο του, κάθετα σε αυτόν.
Δ1. Να βρείτε τη συσπείρωση \(d\) του ελατηρίου. Μονάδες 5
Τη χρονική στιγμή \(t = 0\) καταργείται η δύναμη \(F\) και ταυτόχρονα ασκείται κατάλληλη εξωτερική περιοδική δύναμη στον αγωγό \(K\Lambda\), έτσι ώστε το σύστημα να ξεκινήσει άμεσα μια εξαναγκασμένη ταλάντωση συχνότητας \(f_{\delta} = \frac{5}{\pi}\text{Hz}\) και σταθερού πλάτους \(A = d\). Η απομάκρυνση του αγωγού από τη θέση ισορροπίας του μεταβάλλεται σε συνάρτηση με τον χρόνο σύμφωνα με τη σχέση \(x = d \cdot \eta\mu(\omega_{\delta}t + \phi_0)\).
Δ2. Την ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον αγωγό \(K\Lambda\) σε συνάρτηση με τον χρόνο. Μονάδες 5
Δ3. Την ενέργεια που προσφέρεται από την εξωτερική δύναμη στον αγωγό \(K\Lambda\) σε διάστημα δύο ταλαντώσεων. Μονάδες 5
Δ4. Τον ρυθμό μεταβολής της κινητικής ενέργειας του αγωγού \(K\Lambda\) τη χρονική στιγμή \(t = \frac{\pi}{30}\text{s}\). Μονάδες 5
Αν μεταβληθεί η συχνότητα της εξωτερικής περιοδικής δύναμης ώστε να είναι συνεχώς αντίθετη της δύναμης Laplace (\(F_{ext} = -F_L\)), να βρείτε:
Δ5. Το ποσοστό μεταβολής της συχνότητας της εξωτερικής δύναμης. Μονάδες 5
Καλή επιτυχία! – Διαγώνισμα του συναδέλφου Στέφανου Δανιηλίδη