Comments
Description
Transcript
203-1-1391 'ב 1 הקיסיפ 11.07.13 'א דעומ
פיסיקה 1ב' 203-1-1391 מרצים :פרופ' אלכסנדר קגנוביץ' ,פרופ' מיכאל גדלין ,פרופ' יפים גולברייך מועד א' 11.07.13 • משך המבחן 3שעות • חומר עזר :דף נוסחאות מצורף ,מחשבון אסור • בשאלות פתוחות יש לרשום פתרון באמצעות אותיות בלבד ,להגיע לנוסחה סופית ולהציב מספרים רק בה • בשאלות עם מספרים חובה להגיע למספר סופי )בקירוב( • בשאלות אמריקאיות רק תשובות סופיות )בטופס( נבדקות בהצלחה ! חלק א' -שאלות אמריקאיות )כל שאלה 4 -נק'( -יש לסמן תשובה נכונה בטבלה בלבד No. A B C D E 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (1מטוס טס צפונה במהירות .500 km/hהוא בהדרגה משנה את כיוון הטיסה ב ◦ 180תוך ,40 sכאשר גודל המהירות נשאר קבוע .התאוצה הממוצעת בסיבוב זה היא E 25 km/h/s, דרומה D 25 km/h/s, צפונה C 12.5 km/h/s, דרומה B 12.5 km/h/s, מזרחה A 12.5 km/h/s, צפונה (2בן אדם ,ששוקל 700 Nבבית ,נמצא במעלית שעולה בתאוצה .4 m/s2מה משקלו במעלית ? D 700 N E 990 N B 290 N C 810 N A 71 N (3גוף שמסתו 12 kgנמצא על משטח אופקי .ילד מושך אותו בכוח שכיוונו בזווית ◦ 30למעלה מעל לאופק .אם מקדם חיכוך סטטי הנו 0.4מהו הכוח המינימלי הדרוש כדי להזיז את הגוף ? D 60 N E 22 N B 52 N C 56 N A 44 N (4גוף שמסתו 1.5 kgנופל מגובה 2 mעל קפיץ לא מתוח .קבוע הקפיץ הנו .1.5 · 105 N/mכאשר התכווצות הקפיץ מקסימלית ,מהו הכוח שמפעיל הגוף על הקפיץ ? D 2000 N E 3000 N B 30 N C 1500 N A 15 N (5כוח לא משמר E אף תשובה מהנ"ל איננה נכונה D חייב להיות מאונך למהירות הגוף שעליו הוא פועל C לא יכול לעשות עבודה B שובר החוק את השלישי של ניוטון A שובר את החוק שני של ניוטון (6גוף שמסתו 2.2 kgמתחיל לנוע ממצב מנוחה על מישור משופע מחוספס .זווית השיפוע היא ◦ 60עם האופק .מקדם חיכוך קינטי הנו .0.25כאשר הגוף עובר מרחק 2 mשינוי האנרגיה המכנית שלו משתנה בערך ב E 10.8 J D 5.5 J C −10.8 J (7מרכז המסה של אטמוספרת כדור הארץ נמצא 2 B −5.5 J A 0 E אף תשובה מהנ"ל איננה נכונה D בערך במרכז כדור הארץ C ליד הגבול החיצוני של האטמוספרה B ליד הקרקע A בערך באמצע בין הקרקע הגבול לבין החיצוני של האטמוספרה (8גלגל מסתובב ברגע הראשון במהירות זוויתית .20 rad/sתוך 9 sהגלגל מסתובב לזווית .450 radאם תאוצה זוויתית שלו קבועה היא שווה E 2 8.9 rad/s D 2 6.7 rad/s C 2 5.2 rad/s B 2 3.5 rad/s A 2 2.2 rad/s (9מומנט ההתמד של כדור מלא אחיד ביחס לציר ,שעובר דרך מרכז המסה שלו, הנו ,(2/5)M R2כאשר Mהיא מסתו ו Rהנו רדיוס של הכדור .אם ציר הסיבוב משיק לכדור ,מומנט ההתמד ביחס לציר זה הנו E (7/5)M R2 D (5/2)M R2 C (3/5)M R2 B (2/5)M R2 A M R2 (10גוף ,אשר מחובר לקפיץ ,מתנדנד לאורך ציר xבין הגבולות x = 10 cmו .x = 50 cmמגבול אחד לשני הוא מגיע תוך .0.25 sהתנופה )אמפליטודה( וזמן המחזור שווים A B C D E 40 sm, 0.25 s 20 sm, 0.5 s 40 sm, 0.5 s 20 sm, 0.25 s 30 sm, 0.25 s 3 ig. Problem 49. B car from the track if the car’s away6-39 down) of the normal force on the MWhat are (c) FN and (d) thei direction if v ! speed is v ! 11 m/s? ard at 1000 Fig. 149-61 m t 1000 m/s? .0 kg block driven Fig. 9-60 Problemspeed 56. over a circular ••49 In Fig. 6-39, a car is driven at constant fng airdirectly is hill and then into a circular valleyסעיפים with theאין same radius. At the כל top, שאלות פתוחות- 'חלק ב ,'נק 20 שאלה block he air-then ••57 In Fig. 9-61, a ball of mass m ! 60 g is shot with speed of the hill, the normal force on the driver from the car seat is 0. The coeffi! ! v 22 m/s into the barrel of a spring gun of mass M 240 g inii Fig. 9-61 driver’s mass is 70.0 kg. בנקודה What is the magnitude of the normal העליונה של .קבוע מהירותו שגודל כךforce שבשרטוט ( רכב נע במסלול1 tially at rest on a frictionless surface. The ball sticks in the barrel at on the driver from the seat when the car passes through the bottom מהו הכוח שהנהג מפעיל על המושב.ה"גבעה" כוח שמפעיל הנהג על מושבו מתאפס 17-09-2009 12:50 Page 271of the spring. Assume that the the point of maximum compression oth the of the valley? .m בנקודה התחתונה של ה"עמק" ? שני הרדיוסים שווים ומסתו של הנהג הנה increase in thermal energy due to friction between the ball and the on the barrel is negligible. (a) What spring gun after the y snow 1 is the speed of the Radius ball stops in the barrel? (b) What fraction of the initial kinetic enof the ergy of the ball is stored in the spring? of the Radius 274hr.qxd 17-09-2009 12:50 Page 271 50, and vi M b) If a m e hand Fig. 6-39 Problem 49. 1 rminal oose are so של בקצה ונוגע חיכוך ללא משטח על נח בהתחלה ,m2 שמסתו,2 ( בשרטוט גוף2 v1 Fig. 9-61 Problem 57. tion MVC. השני של הקצה .מתוח הקפיץpath במצב זה.k קפיץ בעל קבוע קפיץ 1 ••50 Anמחובר 85.02kgהקפיץ passenger is made to move alongאינו a circular moose on a •••58 In Fig. 9-62, block 2 (mass 1.0 kg) is at rest on a frictionless שני כאשר .אליו ונדבק 2 גוף עם מתנגש , v במהירות 0 of radius r ! 3.50 m in uniform circular motion. (a) Figure 6-40a is הנע,m1 שמסתו,1 גוף.לקיר h the windsurface touching the end of the an unstretched spring offor spring ? הקפיץ התכווצות מהי הראשונה הגופים עוצרים בפעם a plot of the and required magnitude F of net centripetal force a she of original 5.4 halliday_c10_241-274hr.qxd 17-09-2009 12:50 Page 271 constant 200 N/m. The other end of the spring is fixed to a wall. he ride A range of possible values of the passenger’s speed v. What is the energy? Fig. 9-62 Block 1 (mass 2.0 kg), traveling at speed v1 ! 4.0 m/s, collides with mel–vehicle v1stick together. When the blocks moblock 2, and the two blocks ic energy is mentarily stop, by 1 what distance is the2spring compressed? he percent v A Problem 57. enger is madeFig. to move a circular 6-39along Problem 49. path ,uniform block 2 (mass 1.0motion. kg) is at(a) rest on a frictionless circular Figure 6-40a is Problem 57. ing the end of the an net unstretched spring spring magnitude F of centripetal forceoffor a nes 85.0 kg passenger made v. moveto The end of theisspring istoWhat fixed athe wall.a circular path ofother the passenger’s speed isalong Intraveling Fig. m 9-62, block 1.0motion. kg) is at(a) rest on a frictionless kg), speed v2 (mass ! 4.0 m/s, collides with r! 3.50 inatuniform circular Figure 6-40a is ce blocks and touching the end of the an unstretched spring wo stick together. When thenet blocks mo- spring the required magnitude F of centripetal forceoffor a what distance isThe theofspring compressed? tant 200 N/m. other end of the spring is What fixed to wall. possible values the passenger’s speed v. is athe k 1 (mass 2.0 kg), traveling at speed v ! 4.0 m/s, collides with k 2, and the two blocks stick together. When the blocks moarily stop, by what distance is the spring compressed? Problem 58. ted byblock a constant force 0.400 N that isrightward applied 9-63, 1 (mass 2.0of kg) is moving •••65 A tall, cylindric v to5.0 thekg) edge the kentially 2 (mass is of moving rightward at 3.0 anm/s. ruptured.Treat the chimney 1 disk. 2 The resulting wo balls of ללא באמצעות מוט מחוברים ,m מסה58. כל אחד בעל,( שני גופים נקודתיים3 Fig. 9-62ainertia Problem arad/s. verticalWhat 4gtionless, is the rotational of the plateofאופקי על stant it makes an angle PROBL of 35 and.מסה a spring with spring constant של שני הגופיםFig. התאוצות .ומשוחרר נקודת משען המוט מוחזק במצב 9-62 מה Problem 58. moving up? נתוןL2 /L1(a) = p the הראשון אם radialברגע acceleration of ovingblock down- 2. When the blocks collide, the compresILW In and plate areFig. rotated a constant force 0.400 N that isrightward applied •••59 9-63,byblock 1 (mass 2.0of kg) is moving •••65 A tall, cylindrical chimney falls ove rise In ILW dfisputty plate areFig. rotated by constant force of 0.400 N that applied 9-63, block 1the (mass 2.0 kg) is moving rightward •••65 ationis of the top.as(Hint: e by tangentially to5.0 the edge of the disk. The resulting anruptured.Treat the chimney a thin rodUse of length 10the m/s and block 2a (mass kg) isL moving rightward at 3.0 m/s. maximum atstring instant blocks have the Lthe 43 showsat 1 2 gular speed is 114 rad/s. What is the rotational inertia of the plate stant it makes an angle of 35.0° with the vertical a The surface is frictionless, and a spring withof a spring constant of the string tangentially to the edge the disk. The resulting anruptured m/s and block 2 (mass 5.0 kg) is moving rightward at 3.0 m/s. At what angle u is the tangen the maximum compression. s with a 10 about theisaxle? N/m fixed to block 2. When the blocks collide, the compres- (a) the radial acceleration of the top, and (b) the t 2, each of1120 n. After the of the top. (Hint: Use energy stant considerations sion of the spring is maximum instant thewith have the ationof Lblocks ar speed 114Figure rad/s. What rotational the plate itequam 10-43 shows 1the 2 surface isis••56 frictionless, and atisaLthe spring a2inertia spring constant of acceleration o •••66 A uniform spherical At what angle u is the tangential ionthe with ends a 1 same velocity. Find2,the maximum compression. particles 1 and each of ock immeout the axle? the N/m is fixed to block 2. When the blocks collide, the compresmass m, attached to the ends •••66 A8.5 uniform spherical shell (a) of mass M "r 1 Problem 2 ess rod of R " cm can rotate about Fig. 10-43 56. otal kinetic of a rigid massless rod of R " 8.5 cm can rotate about a vertical axis on fri Fig. 10-43 Problem 56. ation of f theL colliof the spring is maximum at the instant the blocks have the L L th " 20 (Fig. 10-44). Acordmassless cord 1 2 length L ! L , with L 1" 20 (Fig. 10-44). A massless passes around the eq 2 1 6up with Figure 10-43 shows 1 2 a cm and L " 80 cm. The rod is held horizontally on the fulcrum over a pulley of rotational inertia IAt " 3.0what # 10 m. The held horizontally on the fulcrum over aand pulley oftorotational velocity. Find the maximum compression. kinetic en-1 rod andis then released. What are the magnitudes of the initial accelerar " 5.0 cm, is attached a small object ofin ticles and 2, each of Fig. 9-63 Problem 59. tions (a) particle 1 and (b)of particle There no friction the pulley’s axle; the cord . What are theofmagnitudes the2?initial accelerar "is5.0 cm, onand is attached ss m, attached to the ends •••66 Fig. 9-63 Problem 59. the pulley. What is the speed of the object whenA i 2 sec. 9-10A pulley, Elastic Collisions One Dimension 1100 kg) is •••57 with a rotationalin1 inertia of 1.0 #10 kg % m about its e 1rigid and particle 2? after being released rest? Use energy consid There is nofrom friction on the p axle and a radius of 10 cm, is acted a force applied •60 In Fig. 9-64, block A (mass 1.6on kg)byslides into blocktangentially B (mass 2.4 (mass 1400 (b) a massless rod of R " 8.5 Fig. 10-43 Problem 56. at along its rim.a The force magnitude varies in time of asthree F " 0.50t ! 0.30tbe, kg), frictionless surface. The directions velocities e frictional the pulley. What is the speed $3 2 cgth Collisions in One Dimension ith a rotational inertia of 1.0 #10 kg % m about its with F in newtons and t in seconds. The pulley is initially at rest. At fore (i) and after ( f ) the collision are indicated; the corresponding hem, atL dis! L , with L " 20 (Fig. 101 2 1 2 1 t " 3.0 s what are its (a) angular acceleration and (b) angular speed? after being released from res M, R of 10 cm, is on byslides a force applied tangentially lock A 1.6 kg) into blockhorizontally B (mass 2.4 on the fulcrum and L2(mass "acted 80 cm. The rod is held over ap sec. 10-10 Work and Rotational Kinetic Energy 2 magnitude varies incm, time asg,three F 0.50t , initial acceleranless surface. directions of velocities •58The (a) If R " 12 M "the 400 and" m" 50 g in! Fig.0.30t 10-18, find dcethen released. What are magnitudes ofbethe r " 5.0 c Fig. 9-63 Problem 59. the speed of the block after it has descended 50 cm starting from t incollision seconds. The pulley isenergy initially At fand )of the are indicated; theconservation corresponding ns (a) particle (b) particle 2? at rest. There is rest. Solve 1 theand problem using principles. (b) Repeat (a) with R " 5.0 cm. its (a) angular acceleration and (b) angular speed? M the pulle $3 2 9-10 Elastic Collisions One Dimension •59 with An automobile crankshaftin transfers energy the engine 7 A pulley, a rotational inertia offrom 1.0 #10 kg % m about its 4 to the axle at the rate of 100 hp (" 74.6 kW) when rotating at a and Energy ekIn and aRotational radius of 10Kinetic cm, is acted on byslides a force Fig. 9-64, A (mass 1.6(in kg) into B (mass 2.4 after bei speedblock of 1800 rev/min. What torque newton-meters) doesapplied theblocktangentially Fig. 2 10-44 Problem 66. 2tscm, " crankshaft 400 g, deliver? and m " 50The gvaries in directions Fig.in10-18, find rim.M force magnitude time as F " 0.50t ! 0.30t , along a The frictionless surface. of three velocities be•60 A thin rod of length 0.75 m and mass 0.42 kg is suspended block it has descended 50onecm starting from freely end. Itcollision is seconds. pulled to side and then allowed tois swing h inafter newtons t in The pulley initially at rest. At (i)Fand after (from fand )one the are indicated; the corresponding 1 1 2 1 $3 2 $3 2 2 No. A B C D E 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 x 8 x 9 x 10 x 5 1.בנקודה העליונה mv 2 R mv 2 ⇒N =0 = mg R = mg − N )(1 )(2 בנקודה התחתונה mv 2 R mv 2 = 2mg N = mg + R = −mg + N )(3 )(4 2. תנע נשמר בהתנגשות )אנרגיה לא נשמרת -התנגשות אי-אלסטית( ,לכן אחרי ההתנגשות מהירות של שני הגופים ביחד היא m1 v0 m1 + m2 )(5 =u כאשר שני הגופים מתנדנדים ,אנרגיה נשמרת ,לכן (m1 + m2 )u2 /2 = kx2 /2 √ m21 v02 =x ) k(m1 + m2 )(6 )(7 3. )(8 )(9 )(10 )(11 mL2 g − mL1 g = (mL22 + mL21 )α a1 = −αL1 , a2 = αL2 ) L2 (L2 − L1 )p(p − 1 a2 = g =g 2 2 2 L2 + L1 p +1 ) L1 (L2 − L1 p−1 a1 = −g = −g 2 2 2 L2 + L1 p +1 6