Νέα τράπεζα θεμάτων φυσικής προσανατολισμού Β λυκείου 21138

green with black clouds

Αν ο ουρανός της φωτογραφίας μας εκφράζει τις δυσκολίες που ζούμε, το έδαφος ας είναι οι αισιόδοξες μέρες που θα ζήσουμε.

Σας παρουσιάζουμε μια άσκηση από την ισορροπία φορτίου και την κίνηση του παράλληλα στις δυναμικές γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου.

Επιστρέψτε στη σελίδα που φιλοξενεί όλα τα θέματα.

ΘΕΜΑ Δ

Οι δύο φορτισμένες οριζόντιες μεταλλικές πλάκες του σχήματος συνδέονται με πηγή συνεχούς τάσης V και απέχουν απόσταση d. Στο χώρο μεταξύ των πλακών, στο μέσο της απόστασης τους, αιωρείται μικρή σταγόνα μάζας m = 2·10-4 kg και φορτίου q = – 2·10-7 C.

21138 b kat

Δ1. Αν η σταγόνα ισορροπεί, να υπολογίσετε την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μεταξύ των πλακών.

Διπλασιάζουμε την τάση της πηγής, διατηρώντας σταθερή την απόσταση των πλακών, οπότε η σταγόνα αρχίζει να κινείται κατακόρυφα.

Δ2. Να προσδιορίσετε την κατεύθυνση προς την οποία θα κινηθεί η σταγόνα και να υπολογίσετε το μέτρο της επιτάχυνσης που θα αποκτήσει.

Δ3. Αν η σταγόνα φτάνει στη πλάκα, προς την οποία κινήθηκε, με ταχύτητα μέτρου 1 m / s , να υπολογίσετε την απόσταση d μεταξύ των πλακών.

Δ4. Να υπολογίσετε το έργο της δύναμης του βάρους της σταγόνας καθώς και το έργο της ηλεκτρικής δύναμης του πεδίου κατά τη μετακίνηση της σταγόνας από την αρχική της θέση μέχρι τη στιγμή που φτάνει στην πλάκα προς την οποία κινήθηκε.

Δίνεται ότι η επιτάχυνση της βαρύτητας έχει τιμή g = 10 m / s². H επίδραση του αέρα θεωρείται αμελητέα.

Λύση

Δ1.

Η σταγόνα ισορροπεί, άρα η συνισταμένη των δυνάμεων ΣFy = 0 πάνω της είναι μηδέν. Στη σταγόνα ασκούνται στον κατακόρυφο άξονα, η δύναμη Coulomb Fc με φορά προς τα πάνω και το βάρος w με φορά προς τα κάτω.

ΣFy = 0 ⇒ Fc – w = 0 ⇒ Fc = w ⇒

(Ορισμός της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου : Ε = Fc / │q│⇒ Fc = │q│·Ε)

⇒ │q│·Ε = m·g ⇒ E = m·g / │q│ ⇒ E = 2·10-4·10 / 2·10-7 ⇒ E = 10N / C .

Δ2.

Όταν μεταβάλλεται (διπλασιάζεται) η τάση, μεταβάλλεται και η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, σχέση έντασης – τάσης σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο :

Ε΄ = V΄ / d ⇒ Ε΄ = 2·V / d ⇒ Ε΄ = 2·Ε ⇒ Ε΄ = 2·10N / C .

Όταν μεταβάλλεται η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, μεταβάλλεται και η τιμή της ηλεκτρικής δύναμης πάνω στο ηλεκτρικό φορτίο q, ορισμός της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου :

Ε΄ = Fc΄ / │q│⇒ Fc΄= │q│·2·Ε ⇒ Fc΄= 2·F⇒ Fc΄= 2·w , από το Δ1 ερώτημα .

Αφού Fc΄= 2·w > w το φορτίο θα κινηθεί με σταθερή επιτάχυνση με φορά προς τον θετικό οπλισμό (προς τα πάνω)

2ος Newton :

ΣF΄ = m·α ⇒ α = ΣF΄ / m ⇒ α = (Fc΄- w) / m  ⇒ α = (2·w – w) / m  ⇒ α = w / m  ⇒ α = m·g / m  ⇒ α = g  ⇒ α = 10 m / s² .

Δ3.

H σταγόνα ξεκίνησε την κίνηση της από το μέσο της απόστασης d και έφτασε στον θετικό οπλισμό με ταχύτητα υ = 1 m / s . Για την κίνηση της σταγόνας ισχύουν οι σχέσεις :

υ = α·t ⇒ t = υ / α .

y = ½·α·t² ⇒ (d / 2) = ½·α·(υ / α)² ⇒ d = υ² / α ⇒ d = 1 / 10 m ⇒ d = 0,1 m .

Δ4.

To έργο της ηλεκτρικής δύναμης :

WFc΄ = Fc΄·(d / 2) ⇒ WFc΄ = 2·w·(d / 2) ⇒ WFc΄ = 2·10-4 joule .

To έργο του βάρους :

Ww = w·(d / 2)·συν 180° ⇒ Ww = – 10-4 joule .

Προτείνουμε η άσκηση να δοθεί στους μαθητές σαν εργασία για το σπίτι.

Επιστρέψτε στη σελίδα που φιλοξενεί όλα τα θέματα.

Advertisements

2 thoughts on “Νέα τράπεζα θεμάτων φυσικής προσανατολισμού Β λυκείου 21138

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s