background image

 

 

BLOK 3  odpowiedzi do zada

ń

 do samodzielnego rozwi

ą

zania  

 

Projekt jest współfinansowany z Europejskiego Funduszu Społecznego 

w ramach programu operacyjnego KAPITAŁ LUDZKI 

 
 

 

 
 
Odpowiedzi do zada

ń

 do samodzielnego rozwi

ą

zania: 

 
 

1.  Dane: 

L

L

L

L

3

2

1

=

=

=

 

m

3

m

,

m

m

m

3

2

1

=

=

=

 

 

Szukane: 

?

r

ś

m

=

r

 

 

Analiza: Zadanie rozwi

ą

zujemy w 

przestrzeni dwuwymiarowej (pomini

ę

to 

grubo

ść

 pr

ę

tów).  

 

Rozwi

ą

zanie:  

 

L

m

3

m

m

m

3

m

L

m

m

m

m

m

L

m

0

x

2

1

2

L

3

2

1

3

2

L

2

1

ś

m

=

+

+

+

=

+

+

+

+

=

 

 

L

5

4

m

3

m

m

m

3

L

m

2

m

m

m

m

L

m

m

y

2

L

3

2

1

3

2

2

L

1

2

L

ś

m

=

+

+

+

=

+

+

+

+

=

 

 

2.  Analiza: Z wykresu wynika, 

ż

e współrz

ę

dna wypadkowej siły jest dodatnia, a zatem ( na mocy 

II zasady dynamiki Newtona) tak

ż

e i współrz

ę

dna przyspieszenia jest dodatnia. Współrz

ę

dna 

pr

ę

dko

ś

ci jest natomiast ujemna (co wynika z tre

ś

ci zadania). Zatem pr

ę

dko

ść

 i 

przyspieszenie maj

ą

 przeciwne zwroty. St

ą

d wiadomo, 

ż

e ruch ten jest opó

ź

niony. Poniewa

ż

 

w ruchu tym współrz

ę

dna siły nie jest stała, to tak

ż

e współrz

ę

dna przyspieszenia nie jest stała 

w czasie (z wykresu wynika, 

ż

e współrz

ę

dna siły ro

ś

nie liniowo z czasem, zatem tak

ż

współrz

ę

dna przyspieszenia ro

ś

nie liniowo z czasem). 

Zatem odp. D – ruch niejednostajnie opó

ź

niony 

 

3.  Warto

ść

 siły napr

ęż

enia jest równa warto

ś

ci siły, z jak

ą

 sznur działa na chłopca, a ta z kolei 

jest równa warto

ś

ci siły, z jak

ą

 chłopiec działa na sznur, czyli 100 N. 

 

4.  Obaj chłopcy działaj

ą

 na sznur siłami o takich samych warto

ś

ciach i co wa

ż

ne 

ś

rodek masy 

liny nie przemieszcza si

ę

. Ale de facto jeden chłopiec ci

ą

gnie, a drugi tylko przytrzymuje 

sznur, zatem sytuacja ta nie ró

ż

ni si

ę

 od sytuacji z poprzedniego zadania, w której chłopiec 

ci

ą

gnie za jeden koniec sznura, a drugi jego koniec jest przymocowany do 

ś

ciany. Zatem 

napr

ęż

enie sznura wynosi tak

ż

e 100 N. 

 

Mo

ż

na to tak

ż

e wyja

ś

ni

ć

 w inny sposób. Sił

ę

 napr

ęż

enia sznura wyznaczamy do

ś

wiadczalnie: 

przecinamy lin

ę

 w dowolnym miejscu i wpinamy w to miejsce siłomierz. Napr

ężę

nie to siła, 

któr

ą

 wskazałby ten siłomierz. Wybierzmy jeden z kawałków sznura – jest on ci

ą

gni

ę

ty z 

jednej strony przez chłopca, a z drugiej przez siłomierz. Poniewa

ż

 sznur pozostaje w 

spoczynku, to (zgodnie z I zasad

ą

 dynamiki Newtona) siły działaj

ą

ce na sznur musz

ą

 si

ę

 

równowa

ż

y

ć

, a zatem siła, któr

ą

 ci

ą

gnie chłopiec ma tak

ą

 sam

ą

 warto

ść

, jak siła z drugiej 

strony (wskazana przez wpi

ę

ty siłomierz). Czyli warto

ść

 napr

ęż

enia tego sznura wynosi tak

ż

100 N. 

 

Blok 3:

 

Zasady dynamiki Newtona. Siły. 

 

background image

 

 

BLOK 3  odpowiedzi do zada

ń

 do samodzielnego rozwi

ą

zania  

 

Projekt jest współfinansowany z Europejskiego Funduszu Społecznego 

w ramach programu operacyjnego KAPITAŁ LUDZKI 

 
 

5.  Podwieszaj

ą

c belk

ę

 nie mo

ż

emy doprowadzi

ć

 do zerwania sznurów, czyli nie mo

ż

emy 

przekroczy

ć

 obci

ąż

enia równego wytrzymało

ś

ci sznura na zerwanie. Całkowita siła ci

ęż

ko

ś

ci 

działaj

ą

ca na belk

ę

 jest równowa

ż

ona przez sum

ę

 sił spr

ęż

ysto

ś

ci wszystkich lin: 

zerw

c

F

n

g

m

F

=

=

, gdzie n – liczba wszystkich kawałków sznura. 

25

N

20

10

kg

50

F

g

m

n

2

s

m

zerw

=

=

 

Belk

ę

 nale

ż

y zawiesi

ć

 za pomoc

ą

 25 kawałków takiego sznura. 

 

6.  Dane: 

2

,

0

,

N

10

|

F

|

,

kg

1

m

=

µ

=

=

r

 

Szukane: 

?

a

=

r

 

Analiza: Aby obliczy

ć

 

a

r

, nale

ż

y poda

ć

 jego składowe. Ruch jest jednowymiarowy, wi

ę

c tylko 

jedna składowa przyspieszenia mo

ż

e mie

ć

 warto

ść

 ró

ż

n

ą

 od zera. Poszukujemy zatem 

x

a

Rozwi

ą

zanie: 

II zasada dynamiki dla klocka: 

m

a

T

R

F

F

c

=

+

+

+

r

r

r

r

r

 

Dla osi OX zwróconej zgodnie ze zwrotem 

F

r

 i osi OY zwróconej zgodnie ze zwrotem 

R

r

otrzymujemy: 
x: 

m

a

T

F

x

=

 

y: 

0

F

R

c

=

 (ciało nie porusza si

ę

 w kierunku pionowy, a zatem tak

ż

e w tym kierunku 

nie przyspiesza) 

2

2

s

m

s

m

k

c

k

k

x

8

kg

1

10

kg

1

0,2

N

10

m

g

m

µ

F

m

F

µ

F

m

R

µ

F

m

T

F

a

=

=

=

=

=

=

 

Odp. Klocek porusza si

ę

 z przyspieszeniem o warto

ś

ci 

2

8

s

m

 zgodnie ze zwrotem siły 

F

r

 

7.  Dane: 

0

v

,

m

100

s

,

10

36

v

k

s

m

h

km

0

=

=

=

=

 

Szukane: 

?

k

=

µ

 

Rozwi

ą

zanie: 

To zadanie mo

ż

na rozwi

ą

za

ć

 dwoma sposobami: 

I – z zasad dynamiki Newtona i kinematycznych równa

ń

 ruchu: 

m

a

T

F

z

=

=

r

r

r

 

R

T

i

m

a

T

F

k

z

µ

=

=

=

, gdzie R – warto

ść

 siły reakcji podło

ż

a; w tym 

zadaniu 

g

m

F

R

c

=

=

 

oraz: 

s

2

v

a

a

2

v

s

t

a

v

v

i

at

t

v

s

2

0

2

0

0

k

2

2

1

0

=

=

=

=

 

Czyli: 

05

,

0

10

m

100

2

)

10

(

g

s

2

v

g

a

m

a

g

m

2

s

m

2

s

m

2

0

k

k

=

=

=

=

µ

=

µ

 

LUB 
II – z zasady zachowania energii mechanicznej: 
Praca wykonana przez sił

ę

 tarcia jest równa zmianie energii kinetycznej ciała: 

 

=

=

2

mv

2

mv

x

T

E

W

2
0

2
k

k

o

 

=

2

mv

)

180

cos(

s

T

2
0

o

 

2

mv

s

T

2

mv

s

T

2
0

2
0

=

=

 

oraz  
 

background image

 

 

BLOK 3  odpowiedzi do zada

ń

 do samodzielnego rozwi

ą

zania  

 

Projekt jest współfinansowany z Europejskiego Funduszu Społecznego 

w ramach programu operacyjnego KAPITAŁ LUDZKI 

 

 

R

T

k

µ

=

 i w tym zadaniu 

g

m

F

R

c

=

=

Zatem: 

05

,

0

10

m

100

2

)

10

(

s

g

2

v

2

mv

s

g

m

2

s

m

2

s

m

2
0

k

2
0

k

=

=

=

µ

=

µ

 

Odp. Współczynnik tarcia kinetycznego wynosi 0,05 
 

8.  Wypadkowa siła jest równa zeru na mocy I zasady dynamiki Newtona, poniewa

ż

, jak 

stwierdzono w tre

ś

ci zadania,  ciało to porusza si

ę

 ruchem prostoliniowym (kierunek pr

ę

dko

ś

ci 

nie ulega zmianie), stale w t

ę

 sam

ą

 stron

ę

 (zwrot pr

ę

dko

ś

ci nie ulega zmianie) i warto

ść

 

pr

ę

dko

ś

ci tego ciała tak

ż

e pozostaje stała (jak to wida

ć

 na wykresie). Zatem pr

ę

dko

ść

 jako 

cały wektor pozostaje stały, dlatego wypadkowa siła działaj

ą

ca na to ciało jest równa zeru. 

Czyli odp. D 

 

9.  Je

ż

eli ciało porusza si

ę

 po okr

ę

gu, to jedynie warto

ść

 pr

ę

dko

ś

ci tego ciała nie ulega zmianie 

(zgodnie z wykresem), natomiast kierunek i zwrot pr

ę

dko

ś

ci nieustannie si

ę

 zmieniaj

ą

 w 

trakcie ruchu. Zatem musi istnie

ć

 niezerowa siła, która powoduje zmian

ę

 tych dwóch cech 

wektora pr

ę

dko

ś

ci. Sił

ą

 t

ą

 jest siła do

ś

rodkowa. Siła ta jest zawsze skierowana prostopadle do 

pr

ę

dko

ś

ci. Dodatkowo, poniewa

ż

 ruch jest jednostajny (warto

ść

 pr

ę

dko

ś

ci nie ulega zmianie), 

to i warto

ść

 siły do

ś

rodkowej dana wzorem: 

r

v

m

a

m

F

2

d

d

=

=

 jest stała. Ale stale zmienia 

si

ę

 kierunek i zwrot tej siły, dlatego 

ż

adna z podanych w zadaniu 8 odpowiedzi szczegółowych 

(A-F) nie jest w tym przypadku prawdziwa i prawidłowa jest odp. G

 

10.  Dane: 

Hz

3

,

13

f

,

m

25

,

0

cm

25

r

,

kg

1

m

min

1

obr

800

=

=

=

=

 

Szukane: 

?

F

d

=

 

Rozwi

ą

zanie: 

N

1746

f

m

r

(2π2π

m

r

ω

m

r

r

ω

m

r

v

m

a

m

F

2

2

2

2

2

2

2

d

d

=

=

=

=

=

=

 

Odp. Warto

ść

 siły do

ś

rodkowej działaj

ą

cej na bielizn

ę

 wynosi ok. 1,75 kN. 

 

11.  Przyspieszenie do

ś

rodkowe dane jest wzorem: 

r

r

v

a

2

2

d

ω

=

=

. Na pocz

ą

tku zatem 

przyspieszenie do

ś

rodkowe: 

1

2

1

1

d

r

a

ω

=

, a na ko

ń

cu: 

( )

1

2

1

9

2

1

2

3

2

2

2

2

d

r

r

2

r

a

1

ω

=

=

ω

=

ω

, czyli 

9

2

a

a

1

d

2

d

=

.  

Odp. E 

 

12.  Analiza: W równaniu fizycznym jednostki po obu jego stronach musz

ą

 by

ć

 sobie równe. 

x

x

v

F

b

=

, st

ą

d: jednostk

ą

 b jest 

s

kg

kg

N

s

m

s

m

s

m

2

=

=

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

 

BLOK 3  odpowiedzi do zada

ń

 do samodzielnego rozwi

ą

zania  

 

Projekt jest współfinansowany z Europejskiego Funduszu Społecznego 

w ramach programu operacyjnego KAPITAŁ LUDZKI 

 

 

13.  Dane: 

m

2

r

,

m

5

,

1

r

2

1

=

=

 

Szukane: 

?

f

f

1

2

=

 

Analiza: 
Je

ż

eli dwa koła ( w tym przypadku dwie szpule) poł

ą

czone s

ą

 sznurkiem (ta

ś

m

ą

, paskiem) 

ś

ci

ś

le przylegaj

ą

cym do punktów na obrze

ż

ach tych kół (szpul) oraz sznurek (ta

ś

ma, pasek) 

jest nierozci

ą

gliwy, to aby si

ę

 nie zerwał, musi by

ć

 spełniona zale

ż

no

ść

2

1

v

v

=

 (czyli  

pr

ę

dko

ść

 punktów le

żą

cych na obwodzie jednego koła musi by

ć

 równa pr

ę

dko

ś

ci punktów  

le

żą

cych na obwodzie drugiego koła). 

 
Rozwi

ą

zanie: 

r

f

2

r

v

π

=

ω

=

, gdzie f – jest cz

ę

stotliwo

ś

ci

ą

 obrotu koła. 

Czyli 

2

2

1

1

r

f

2

r

f

2

π

=

π

  

4

3

m

2

m

5

,

1

r

r

f

f

2

1

1

2

=

=

=

Odp. Stosunek cz

ę

stotliwo

ś

ci wynosi 3/4.