Dionysis Margaris – K-ylikonet2

Ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως ισχύος 100W, εκπέμπει μόνο το 8% σε φωτεινή ακτινοβολία. Δεχόμαστε ότι η εκπεμπόμενη φωτεινή ενέργεια αντιστοιχεί σε φως με μήκος κύματος λ=600nm. Ο λαμπτήρας συγκρατείται σε απόσταση R=2m, από μια μεταλλική επιφάνεια, εμβαδού Α=3,14 cm², με την επιφάνεια αυτή, κάθετη στην απόσταση R.

Πόση φωτεινή ενέργεια προσπίπτει ανά δευτερόλεπτο στην μεταλλική επιφάνεια και πόση ενέργεια μπορεί να απορροφήσει ανά δευτερόλεπτο ένα άτομο του μετάλλου, στην επιφάνεια της πλάκας, δεχόμενοι ομοιόμορφή σφαιρική εκπομπή φωτός από τον λαμπτήρα;
Με δεδομένο ότι η ενέργεια που θα απορροφήσει το άτομο, θα χρησιμοποιηθεί για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου του, με αποτέλεσμα να έχουμε εξαγωγή φωτοηλεκτρονίων από την μεταλλική επιφάνεια, να υπολογιστεί το χρονικό διάστημα φωτισμού του ατόμου, για να έχουμε εξαγωγή ενός ηλεκτρονίου, σύμφωνα με την κλασσική θεωρία. Θεωρούμε ότι το άτομο απορροφά όλη την ενέργεια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που προσπίπτει πάνω του.
Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία το φως αποτελείται από φωτόνια. Πόσα φωτόνια προσπίπτουν στην επιφάνεια της πλάκας ανά δευτερόλεπτο; Να συγκριθεί το πλήθος των φωτονίων αυτών, με τον πληθυσμό της Γης, ο οποίος υπολογίζεται στα 8 δισεκατομμύρια.
Αφού αποδείξετε ότι το φως της παραπάνω λάμπας, μπορεί να προκαλέσει εξαγωγή φωτοηλεκτρονίων από την μεταλλική πλάκα, να υπολογισθούν:

α) η μέγιστη κινητική ενέργεια σε eV, την οποία μπορεί να έχουν τα εξερχόμενα ηλεκτρόνια.

β) ο χρόνος που απαιτείται να φωτισθεί η μεταλλική πλάκα, ώστε να αρχίσει η εξαγωγή φωτοηλεκτρονίων.

Δίνεται το έργο εξαγωγής του μετάλλου φ=1,86eV, η ατομική ακτίνα του υλικού της μεταλλικής πλάκας r=2,6∙10^-10m, h=6,63∙10^-34 J∙s και 1eV=-1,6∙10^-19J.

Απάντηση:

Κλασσική θεωρία και φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Κλασσική θεωρία και φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
Κλασσική θεωρία και φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Η περιστροφή δύο ράβδων

Οι δύο ομογενείς ράβδοι του σχήματος, μπορούν να στρέφονται γύρω από σταθερούς οριζόντιους άξονες, οι οποίοι περνούν από τα άκρα τους Ο και Ο΄, διαγράφοντας κατακόρυφο επίπεδο. Φέρνουμε τις ράβδους σε οριζόντια θέση και τις αφήνουμε να κινηθούν.

i) Μεγαλύτερη αρχική επιτάχυνση αποκτά:

α) Το άκρο Α της μικρότερης ράβδου.

β) Το άκρο Β της ράβδου με το μεγαλύτερο μήκος.

γ) Τα άκρα Α και Β αποκτούν την ίδια αρχική επιτάχυνση.

ii) Στην κατακόρυφη θέση θα φτάσει πρώτη:

α) Η μικρή ράβδος.

β) Η μακρύτερη ράβδος.

γ) Η ράβδος με την μεγαλύτερη μάζα.

Δίνεται η ροπή αδράνειας μιας ομογενούς ράβδου ως προς κάθετο άξονα ο οποίος διέρχεται από το μέσον της Ι_cm= mℓ²/12.

Απάντηση:

Η περιστροφή δύο ράβδων

Η περιστροφή δύο ράβδων
Η περιστροφή δύο ράβδων

1η

Ένα σώμα Σ μάζας m=1kg ηρεμεί σε λείο κεκλιμένο επίπεδο γωνίας κλίσεως θ=30°, δεμένο στο άκρο ιδανικού ελατηρίου και στο άκρο νήματος, παράλληλου προς το επίπεδο, όπως στο σχήμα. Σε μια στιγμή κόβουμε το νήμα, οπότε το σώμα εκτελεί αατ, με αρχική επιτάχυνση μέτρου |α₁|=10m/s² ενώ ολοκληρώνει πέντε πλήρεις ταλαντώσεις σε χρονικό διάστημα t₁=3,14s.

i) Να υπολογιστούν:

α) το πλάτος της ταλάντωσης του σώματος Σ.

β) Η τάση Τ₁ του νήματος, πριν το κόψουμε.

γ) Η μέγιστη συσπείρωση του ελατηρίου.

ii) Επαναλαμβάνουμε το πείραμα, αλλά τώρα προσθέτουμε πάνω στο σώμα Σ, ένα δεύτερο σώμα Σ΄ με μάζα επίσης m, το οποίο ισορροπεί.

α) Να υπολογιστεί η τάση του νήματος Τ₂.

β) Αν ο συντελεστής οριακής στατικής τριβής μεταξύ των δύο σωμάτων είναι μ_s=0,8, να εξετάσετε τι πρόκειται να συμβεί, αν κόψουμε το νήμα: Τα δυο σώματα θα ταλαντώνεται μαζί, ή θα υπάρξει ολίσθηση μεταξύ τους.

Δίνεται g=10m/s², ενώ θεωρούνται γνωστοί οι τριγωνομετρικοί αριθμοί της γωνίας των 30°!!!

Απάντηση:

Κινδυνεύουμε να έχουμε ολίσθηση;

Κινδυνεύουμε να έχουμε ολίσθηση;
Κινδυνεύουμε να έχουμε ολίσθηση;

αατ- κρούση

Ένα σώμα Σ₁ μάζας m₁ είναι δεμένο στο άκρο οριζόντιου ιδανικού ελατηρίου σταθεράς k=100Ν/m και ταλαντώνεται με εξίσωση x=0,5∙ημ(10t+π/2) (μονάδες στο S.Ι.), με θετική την προς τα δεξιά κατεύθυνση. Ένα δεύτερο σώμα Σ₂ μάζας m₂=1,5kg κινείται με ταχύτητα υ₂ κατά μήκος του άξονα του ελατηρίου, πλησιάζοντας το σώμα Σ₁. Αν τη χρονική στιγμή t₀=0 τα δυο σώματα απέχουν απόσταση d₁=(π/8+0,5)m, ενώ τα σώματα συγκρούονται κεντρικά και ελαστικά τη χρονική στιγμή t₁=π/20 s.

Να υπολογιστεί η μάζα του σώματος Σ₁ και η θέση της κρούσης, μεταξύ των δύο σωμάτων.
Να βρεθούν οι ταχύτητες των δύο σωμάτων ελάχιστα πριν την κρούση.
Ποια η μεταβολή της ορμής του σώματος Σ₁ που οφείλεται στην κρούση;
Αφού βρείτε τη συνάρτηση x=f(t) για την ταλάντωση του σώματος Σ₁ μετά την κρούση, αν αυτή έχει αμελητέα διάρκεια, να γίνει η γραφική παράσταση της απομάκρυνσης του Σ₁ σε συνάρτηση με το χρόνο από τη στιγμή t₀=0, μέχρι τη στιγμή t_2ω= π/4 s.

Απάντηση:

Μαγνητικά πεδία από κυκλικά τμήματα

Στο σχήμα δίνεται ένας οριζόντιος κυκλικός αγωγός ακτίνας r=2cm, ο οποίος διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι=2Α.

Να βρεθεί η ένταση του μαγνητικού πεδίου στο κέντρο Ο του αγωγού.
Το παραπάνω μαγνητικό πεδίο μπορεί να αποδοθεί στα μαγνητικά πεδία που δημιουργούν τα δύο ημικύκλια ΑΜΓ και ΓΝΑ. Να υπολογιστεί η ένταση του πεδίου που δημιουργεί το ημικύκλιο ΑΜΓ.

παραλλαγή

Ένα σώμα Σ μάζας m (αμελητέων διαστάσεων) τοποθετείται στην εσωτερική λεία επιφάνεια, ενός κενού κυλίνδρου, μάζας Μ=2m και ακτίνας R=1m, όπως στο σχήμα, στο άκρο μιας οριζόντιας ακτίνας, ενώ ο κύλινδρος συγκρατείται ακίνητος πάνω σε οριζόντιο επίπεδο. Σε μια στιγμή t=0 αφήνουμε ελεύθερα το σώμα Σ και τον κύλινδρο να κινηθούν. Δίνεται ότι ο κύλινδρος κυλίεται, ενώ τη στιγμή που το σώμα Σ φτάνει στην κατώτερη θέση της τροχιάς του, έχει ταχύτητα μέτρου υ₁, ενώ ο άξονας του κυλίνδρου έχει ταχύτητα μέτρου υ_cm=υ₂.