background image

 

Ćwiczenia 3     

 

 

 

 

W. Chemii, semestr 1, 2009/10 

 

1. Zasady dynamiki Newtona 

Uważnie przeczytaj wykład 2. Spróbuj samodzielnie zrobid przykłady z wykładu, a następnie przystąp do 
rozwiązywania poniższych zadao. 

 

1. Gdy jądro wychwytuje rozproszony neutron, musi go zatrzymad na drodze równej średnicy jądra. Siła, jaką dzia-
ła ono wówczas na neutron, a która skleja ze sobą cząstki w jądrze, jest poza nim praktycznie równa zeru. Załóż, że 
jądro o średnicy 

  może  wychwycid neutron o początkowej wartości prędkości nie  większej  niż 

. Wyznacz wartośd siły, zakładając, że jest ona stała w obszarze jądra. Masa neutronu wynosi 

kg. 

 

2. Dwa  stykające  się  ze  sobą klocki leżą na stole, po którym mogą się  poruszad bez tarcia. Do większego klocka 

przykładamy siłę poziomą  . (a) Wyznacz wartośd siły, jaka działają na siebie klocki, jeśli  

kg, 

kg,  

N. (b) Wykaż, ze jeśli siłę o takiej samej wartości, lecz prze-

ciwnym zwrocie przyłożymy do mniejszego klocka, to siła, jaką będą na 
siebie działad klocki będzie miała wartośd 2,1 N, różną od otrzymanej w 
punkcie  (a).  Wyjaśnij,  dlaczego!  (c)  Jak  zmieniłby  się  wynik,  gdyby 
uwzględnid  siłę  tarcia  i  przyjąd  współczynnik  tarcia  kinetycznego 

 

3.  Samolot  ratowniczy  lecący  z  prędkością  198,0m/h  na  stałej  wysokości  500m,  ku  punktowi  znajdującemu  się 
bezpośrednio  nad  rozbitkiem,  zmagającym  się  z  falami,  musi  wypuścid  kapsułę  ratowniczą  tak,  aby  wpadła  do 
wody możliwie blisko rozbitka. (a) ) Wyznacz prędkośd   kapsuły w chwili, gdy wpada ona do wody; wyraź ją za 
pomocą wektorów jednostkowych oraz przez długośd i kierunek. (b) Wyznacz kąt, pod jakim pilot widzi rozbitka w 
chwili najbardziej odpowiedniej do zwolnienia kapsuły. (c) Znajdź równanie toru kapsuły.

 

 

m

1 

m

2 

 

 

 

tor kapsuły 

kierunek obserwacji 

 

x

background image

 

 

 
4.  Do  kooca  nieważkiej  i  nierozciągliwej  liny  przerzuconej  przez  nieruchomy  bloczek  umocowany  jest  klocek  o 
masie m

1

. Drugi koniec liny przywiązano do klocka o masie m

2

, znajdującego się na równi pochyłej o kącie nachy-

lenia 

. Przyjmij, że w czasie ruchu drugiego klocka w górę równi współczynnik tarcia wynosi f. (a). Zaznacz wekto-

ry sił działających na każdy z klocków oraz zapisz dla każdego z nich równanie ruchu (drugie prawo Newtona). (b). 
Oblicz przyspieszenie klocka o masie m

1

 oraz czas, po jakim przemieści się on o odcinek  d. (Patrz: zad.2, str.74 w 

[1]) 

Metoda rozwiązywania zadań:

 

 

1.Uważnie przeczytaj temat i zastanów się, jakie wielkości są podane a jakie musisz wyznaczyd. 
2. Sporządź rysunek układu, wyizoluj ciała, których ruch będziesz badał. Zastanów się, jakim oddziaływa-
niom one podlegają i zaznacz wektory sił. Zapisz dla każdego z nich równanie ruchu Newtona oraz warunki 
początkowe. Jeśli ciała tworzą układ, jak w powyższym zadaniu to pamiętaj, że przyspieszenia ich mają tę 
samą wartośd (inny kierunek, zwrot!) 
3. Wybierz najdogodniejszy do opisu ruchu układ współrzędnych kartezjaoskich i rozłóż wektory sił na skła-
dowe równoległe do osi. 
4. Oblicz wartości wypadkowych sił dla każdego kierunku: 

, a następnie zastąp rów-

nanie ruchu w postaci wektorowej równaniami skalarnymi.  
5. Zastanów się jaki charakter będzie miał ruch w kierunku każdej z osi (jednostajny prostoliniowy, jedno-
stajnie przyspieszony, etc.). Wykorzystaj odpowiednie wzory w celu wyznaczenia 

4. Znajdź x(t) oraz y(t). 
5. Sprawdź, czy otrzymane wzory na składowe prędkości i położenia mają poprawny wymiar. 
6. Zastanów się, czy otrzymane wyniki są sensowne (np. jeśli z tematu zadania wynika, że ciało zwalnia to 
jego prędkośd powinna maled a nie rosnąd). 
7. W niektórych zadaniach można podad równanie toru, zasięg, czas trwania ruchu, itd.

 

 
 

Metoda rozwiązywania zadania

 

Patrząc na rysunek widzimy, że  

 , gdzie 

 współrzędną rozbitka w kierunku pozio-

mym i jednocześnie współrzędną kapsuły, gdy uderzy w wodę. Musimy zatem znaleźd zależnośd 

 oraz 

 rozwiązując równanie ruchu kapsuły. 

 
1. Zastanów się, jakie siły działają na kapsułę i zapisz równanie ruchu (drugie prawo Newtona) oraz 
warunki początkowe, czyli prędkośd i położenie w chwili początkowej. 
2. Zastąp równanie ruchu wektorowe równaniami skalarnymi, znajdź składowe przyspieszenia i za-
stanów się, jaki charakter będzie miał ruch wzdłuż każdej osi. 
3. Korzystając ze wzorów podanych na wykładzie znajdź składowe wektora prędkości, a następnie 
położenia. 
4. Rozważ ruch kapsuły w kierunku pionowym; wiedząc, że znajduje się na wysokości h nad rozbit-
kiem możesz wyznaczyd czas jej spadania   z równania 

5. Znaleziony czas   po podstawieniu do 

 pozwoli znaleźd odległośd rozbitka od samolotu w 

kierunku poziomym, czyli 

6. Teraz mamy już wszystkie wielkości potrzebne do wyznaczenia kąta! Sprawdź, czy dostałeś 

background image

 

5. Na jednym koocu liny przerzuconej przez nieruchomy bloczek umocowana jest skrzynia 
z bananami mogąca przesuwad się po stole. Małpa chwyta drugi koniec liny i zaczyna się 
po niej wspinad z prędkością 

. Współczynnik tarcia w czasie ruchu skrzyni przyjmij rów-

ny f, jej masę M, a masę małpy m. (a) Z jakimi oddziaływaniami masz do czynienia w po-
wyższym zadaniu? (b) Znajdź wypadkowe sił działających na skrzynię oraz na małpę, zapisz 
równania ruchu i oblicz przyspieszenia oraz prędkości. (c) Oblicz czas, po którym skrzynia 
przesunie  się  na  skraj  stołu,  jeśli  początkowo  znajdowała  się  w  odległości  D  od  niego. 
(Wskazówka: patrz rozwiązanie zad.4) 

 

6

. Kuleczka o masie m

0

 i dodatnim ładunku q wpada w punkcie P(x

0

, 0 , z

0

) z prędkością 

 w jed-

norodne, stałe pole elektryczne o natężeniu 

 

. Opory ruchu kuleczki zaniedbujemy, ale uwzględnia-

my siłę ciężkości skierowaną wzdłuż osi  . (a) Zaznacz wektory sił działających na kuleczkę, napisz dla niej drugą 
zasadę Newtona (równanie ruchu) oraz warunki początkowe. (b) Zastąp wektorowe równanie ruchu równaniami 
skalarnymi i przeanalizuj ruch kuleczki w wzdłuż każdej osi. (c) Znajdź składowe wektora prędkości i położenia 
kuleczki i zapisz te wektory za pomocą sumy iloczynów współrzędnych i wektorów jednostkowych.  

 

Na następne zajęcia proszę zrobić powyższe zadania oraz nauczyć się materiału z wykładu 1 
oraz zapoznać się z wykładem 2. 
 

 

Literatura 
 

D.Halliday,R.Resnick,J.Walker: Podstawy fizyki, t.1.  
(podręcznik polecany – z niego są zaczerpnięte niektóre tematy zadao) 

B.Oleś: Wykłady z fizyki , Wydawnictwo PK. 
A.Januszajtis: Fizyka dla politechnik, t.1.  

 

Pytania i zagadnienia, które mogą pojawić się na egzaminie pisemnym 

 

1. a. 

Wymień zasady dynamiki klasycznej.

 

(3p)

 

b. Rozważ klocek o masie m ciągnięty w górę równi pochyłej o kącie 

nachylenia 

 siłą  . Współczynnik tarcia wynosi f. Narysuj wektory sił działających na klocek (starannie, z zacho-

waniem odpowiednich proporcji!). Kiedy do ruchu klocka zastosujesz pierwsze prawo dynamiki, drugie? Napisz od-
powiednie równania.

 

(2p

)  c. Podaj wektory sił akcji- reakcji  i zaznacz na rysunku w przypadku klocka spoczywają-

cego na stole 

(1p) 

c.

 

Jak rozumiesz stwierdzenie: Świat mechaniki klasycznej jest deterministyczny? Podaj przykła-

dy.

 

(2p) 

Podaj ograniczenia w stosowaniu praw dynamiki klasycznej.

 

(2p) 

 

2. a. W oparciu o pierwszą zasadę dynamiki zdefiniuj inercjalny układ odniesienia. Podaj przykłady takich układów i 
uzasadnij swój wybór. Zastanów się, czy w warunkach ziemskich możesz podać taki układ, który byłby układem iner-
cjalnym.

 

(3p

)

 

b. Wyprowadź wzory transformacji Galileusza – czego ona dotyczy?

 

(2p)

 

c.  Omów zasadę względno-

ści Galileusza. (2p) d. Kiedy transformacji Galileusza nie można stosować? Zastosuj transformację Galileusza do 
obliczenia szybkości światła , którą zmierzy obserwator na Ziemi, jeśli zostało ono wysłane ze statku kosmicznego  
poruszającego się z szybkością 1,5

10

8

m/s. Jakie nasuwają się wnioski?

  

(2p)