Επιδεικνύοντας ένα κλασσικό πείραμα

Μια πειραματική επίδειξη, που συχνά γίνεται στις αίθουσες διδασκαλίας, είναι αυτή ενός μαθητή που κρατά από τον άξονά της μια περιστρεφόμενη ρόδα ποδηλάτου ενώ πατά πάνω σε μια αρχικά ακίνητη πλατφόρμα που μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα. Ο άξονας περιστροφής του τροχού είναι αρχικά οριζόντιος (εικόνα a) και ο μαθητής προσπαθεί να αλλάξει τον προσανατολισμό του έτσι ώστε να γίνει κατακόρυφος (εικόνα b). Καθώς αλλάζει τον προσανατολισμό του τροχού, η πλατφόρμα αρχίζει να περιστρέφεται αντίθετα από  τη φορά περιστροφής του τροχού. Αν θεωρήσουμε τις τριβές που αντιτίθενται στην περιστροφή της πλατφόρμας αμελητέες, τότε αυτή μαζί με το μαθητή θα περιστρέφονται σ’ όλη τη διάρκεια που η ρόδα συγκρατείται με τον άξονά της κατακόρυφο. Αν ο μαθητής επαναφέρει τον τροχό στον αρχικό του προσανατολισμό, η περιστροφή της πλατφόρμας σταματά.

Η πλατφόρμα μπορεί να …

Δείτε 

• Όλο το θεωρητικό σημείωμα εδώ.
• Ένα σχετικό βίντεο εδώ.

ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗ ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ ΜΕ ΣΠΙΝΑΡΙΣΜΑ

Έχετε δει πως ξεκινούν ορισμένοι οδηγοί, που τους περισσεύουν χρήματα για βενζίνη κι ελαστικά; Πατάνε τέρμα το γκάζι και οι τροχοί κίνησης γυρίζουν σχεδόν επιτόπου (σπινάρισμα) στριγγλίζοντας. Νομίζουν ότι έτσι κάνουν πιο γρήγορο ξεκίνημα.  Μεγάλο λάθος, οι οδηγοί F1 το γνωρίζουν πολύ καλά. Γνωρίζουν ότι ένα καλό ξεκίνημα το πετυχαίνεις  όταν ξεκινάς στο όριο ανάμεσα στο σπινάρισμα και στην πρόσφυση. Το παραμικρό λάθος, λίγες παραπάνω στροφές, μπορούν να κάνουν τους τροχούς να σπινάρουν, οπότε το αυτοκίνητο δεν κινείται πλέον με τη ροπή του κινητήρα αλλά … της τριβής ολίσθησης!  Αποτέλεσμα, μια αρχική επιτάχυνση 2 – 3 φορές μικρότερη απ’ αυτήν ενός σπρίντερ. Για την καλύτερη κατανόηση προτείνεται η παρακάτω άσκηση: 

Το αυτοκίνητο που φαίνεται στην εικόνα έχει μάζα 1540 kgr, με κέντρο μάζας το G. Υπολογίστε το μέτρο της επιτάχυνσης  α_G του κέντρου μάζας του αυτοκινήτου, αν οι πίσω τροχοί του, οι οποίοι κινούν το αυτοκίνητο, σπινάρουν, δηλαδή ολισθαίνουν πάνω στο οδόστρωμα, ενώ οι μπροστινοί τροχοί του είναι ελεύθεροι να περιστρέφονται. Αγνοείστε τη μάζα των τροχών. Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης μεταξύ των τροχών και του οδοστρώματος είναι μ = 0,25.  Θεωρείστε:  g = 10 m/s².

Δείτε:

• Την Άσκηση με τη Λύση της
•   Ασκήσεις, στο ίδιο πνεύμα, εδώ και εδώ.

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