Τοπίο στη Φυσική

1. Τι σημαίνει ότι το δυναμικό σε ένα σημείο είναι θετικό και τι αρνητικό;
2. Ένα σημειακό φορτίο 10^-4C βρίσκεται σε σημείο Γ εντός ηλεκτρικού πεδίου. Για να μεταφερθεί το φορτίο αυτό από το Γ εκτός πεδίου απαιτείται ενέργεια 20J. Πόσο είναι το δυναμικό στο σημείο αυτό;
3. Για να τοποθετήσουμε σημειακό φορτίο -2μC σε σημείο Α εντός ηλεκτρικού πεδίου χρειάζεται να ξοδέψουμε ενέργεια 100J. Βρες το δυναμικό στο σημείο Α.
4. Σημειακό φορτίο Q=4μC δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο. Πόσο είναι το δυναμικό σε σημείο που απέχει 1cm από το Q;
5. Υπολόγισε το δυναμικό του πεδίου σε απόσταση 20cm από φορτίο -4μC. Που βρίκσονται όλα τα σημεία που έχουν το ίδιο δυναμικό με αυτό που υπολόγισες;
6. Το δυναμικό σε ένα σημείο Α ηλεκτρικού πεδίου είναι -10V. Αν στο Α εισάγουμε σημειακό φορτίο 0,2μC:
   1. Πόση είναι η δυναμική ενέργεια του q;
   2. Πόσο είναι το έργο της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου για να μεταφερθεί το q εκτός πεδίου;
   3. Αν αφήσουμε το φορτίο q ελεύθερο στο Α, θα βγει από το πεδίο ή όχι; Γιατί;
7. Σε πόση απόσταση από σημειακό φορτίο -5μC το δυναμικό είναι -500V;
8. Στη θέση 4cm, πάνω στον άξονα των y τοποθετούμε σημειακό φορτίο 0,1μC.
   1. Βρες το δυναμικό στο Ο.
   2. Υπολόγισε το φορτίο που πρέπει να τοποθετήσουμε στη θέση x=3cm ώστε να μηδενιστεί το δυναμικό στο Ο.
   

   Άσκηση 8

9. Στα άκρα ευθύγραμμου τμήματος ΑΒ μήκους 12cm τοποθετούμε δύο όμοια σημειακά φορτία 6μC.
   1. Πόση είναι το δυναμικό στο μέσο Μ του ΑΒ;
   2. Πόσο είναι το μέτρο της έντασης στο Μ;
   3. Αν στο σημείο Μ τοποθετήσουμε ένα θετικό σημειακό φορτίο q, θα κινηθεί ή θα παραμείνει ακίνητο;
      

      Άσκηση 9

   (περισσότερα…)

1. Με ποιον τρόπο μπορείς να διαπιστώσεις αν σε ένα χώρο υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο;
2. Σε τι διαφέρει η ένταση σε ένα δοκιμαστικό φορτίο, από τη δύναμη που ασκείται πάνω σ’ αυτό;
3. Σε σημείο Σ εντός ηλεκτρικού πεδίου υπάρχει φορτίο q. Αν βάλουμε στο σημείο Σ ένα διπλάσιο φορτίο 2q, τότε στο σημείο Σ:
   1. Η ένταση του πεδίου διπλασιάζεται και η ηλεκτρική δύναμη στο φορτίο 2q παραμένει ίδια.
   2. Η ηλεκτρική δύναμη στο φορτίο 2q διπλασιάζεται και η ένταση παραμένει ίδια.
   3. Διπλασιάζονται και η ένταση στο Σ και η δύναμη στο 2q.
   4. Και τα δύο μεγέθη παραμένουν ίδια.

   Επίλεξε ποια από τις παραπάνω προτάσεις είναι σωστή.

4. Δοκιμαστικό φορτίο q βρίσκεται μέσα σε ηλεκτρικό πεδίο σε σημείο έντασης E και ασκείται επάνω του δύναμη F. Αν το q μεταφερθεί σε σημείο τριπλάσιας έντασης, τότε στο σώμα θα ασκείται δύναμη:
   1. F/3
   2. F
   3. 2F
   4. 3F
5. Σε σημείο Α εντός ηλεκτρικού πεδίου, πάνω σε φορτίο q ασκείται δύναμη F. Σε σημείο Β του πεδίου μεταφέρουμε φορτίο 2q, οπότε ασκείται επάνω του δύναμη F/2. Για τις εντάσεις E_A και E_B στα σημεία Α και Β αντίστοιχα θα ισχύει:
   1. 
   2. 
   3. 
   4. 
6. Φορτίο 4μC βρίσκεται σε σημείο ηλεκτρικού πεδίου έντασης . Η δύναμη που δέχεται το φορτίο είναι:
   1. 15Ν
   2. 60Ν
   3. 90Ν
   4. 240Ν
7. Αν σε σημείο Σ μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο εισάγουμε σημειακό φορτίο 2μC, τότε αυτό δέχεται δύναμη 30Ν. Σε άλλο σημείο Λ του ίδιου πεδίου εισάγουμε φορτίο 8μC και δέχεται δύναμη 120Ν της ίδιας κατεύθυνσης με αυτήν που ασκείται στο φορτίο των 2μC. Το πεδίο:
   

   Άσκηση 7

   1. Στο Λ είναι πιο ισχυρό από τo Σ, γιατί στο Λ ασκείται μεγαλύτερη δύναμη στα φορτία.
   2. Στο Σ είναι ισχυρότερο από το Λ, γιατί ασκείται μικρότερη δύναμη, αλλά σε μικρότερα φορτία.
   3. Είναι το ίδιο ισχυρό και στα δύο σημεία, γιατί έχουμε την ίδια ένταση.
   4. Δεν μπορούμε να συμπεράνουμε πού είναι πιο ισχυρό, γιατί δε γνωρίζουμε τη πηγή του ηλεκτρικού πεδίου.

   (περισσότερα…)

Σε προηγούμενη δημοσίευσή μας με τίτλο Η Φυσική πίσω από το πέταγμα της μποτίλιας παρουσιάσαμε μία ενδιαφέρουσα προσέγγιση της δημοφιλούς συνήθειας των μαθητών να πετούν τις πλαστικές φιάλες του νερού με σκοπό αυτές να προσγειωθούν κάθετα στην επιφάνεια του θρανίου τους. Το παρακάτω άρθρο από το American Journal of Physics παρουσιάζει μία πιο εμπεριστατωμένη και αναλυτική προσέγγιση του φαινομένου, μέσα από τη μελέτη πειραματικών και θεωρητικών δεδομένων, που λήφθηκαν από μία ομάδα προπτυχιακών φοιτητών του πανεπιστημίου Twente της Ολλανδίας.

• Των P. J. Dekker, L. A. G. Eek, M. M. Flapper, H. J. C. Horstink, A. R. Meulenkamp, and J. van der Meulen. Faculty of Science and Technology, University of Twente,The Netherlands
• Από το American Journal of Physics

Το ενδιαφέρον της μελέτης συνίσταται στην περιστροφή μιας φιάλης, μερικώς γεμάτης με νερό, που την προσγειώνουμε σε όρθια θέση. Είναι ένα εντυπωσιακό φαινόμενο, καθώς από την πρώτη ματιά φαίνεται μάλλον απίθανο ότι ένα ψηλό περιστρεφόμενο μπουκάλι θα μπορούσε να κάνει μια τέτοια σταθερή προσγείωση. Εδώ, αναλύουμε τη φυσική πίσω από την περιστροφή της φιάλης του νερού, με βάση πειράματα και ένα αναλυτικό μοντέλο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην τάξη. Οι μετρήσεις μας δείχνουν ότι η γωνιακή ταχύτητα της φιάλης μειώνεται δραστικά, επιτρέποντας μια σχεδόν κάθετη κάθοδο και μια επιτυχημένη προσγείωση. Η μειωμένη περιστροφή οφείλεται σε αύξηση της ροπής αδράνειας που προκαλείται από την αναδιανομή της μάζας του νερού κατά τη διάρκεια της πτήσης κατά μήκος της φιάλης. Τα πειραματικά και αναλυτικά αποτελέσματα συγκρίνονται ποσοτικά και δείχνουμε πώς μπορούμε να βελτιστοποιήσουμε τις πιθανότητες επιτυχούς προσγείωσης.
(περισσότερα…)

Είναι βέβαιο ότι πολλές φορές, μέσα στην τάξη, κάνουμε παρατηρήσεις στους μαθητές, γιατί πετούν τα μπουκάλια τους με το νερό πάνω στο θρανίο σε έναν άτυπο διαγωνισμό μεταξύ τους, ποιος θα καταφέρει να το προσγειώσει κάθετα στην επιφάνεια του θρανίου. Ίσως η καταλληλότερη στιγμή για να ξεκινήσουμε μία συζήτηση, ποιοι νόμοι κρύβονται πίσω από το πέταγμα της μποτίλιας και πώς μπορούν να βελτιώσουν την τεχνική για να εντυπωσιάσουν τους συμμαθητές τους, είναι η στιγμή που τα βλέμματά τους στρέφονται στον συμμαθητή ή τη συμμαθήτριά τους, που κατάφερε να βάλει την μποτίλια όρθια, ενώ εμείς απτόητοι γράφουμε στον πίνακα το δεύτερο νόμο του Νεύτωνα για την περιστροφή των σωμάτων και πασχίζουμε να τον εξηγήσουμε. Το επόμενο βήμα είναι να τους ρίξουμε την ιδέα να διοργανώσουν ένα πρωτάθλημα για την ανάδειξη του μαθητή που θα καταφέρει να πετύχει τις περισσότερες κάθετες προσγειώσεις μέσα σε ένα αριθμό ρίψεων.

• Από το Scientific American

Το δημοφιλές βίντεο του μαθητή που πετάει μία μποτίλια με νερό και την προσγειώνει κάθετα στο τραπέζι.

Για να κατανοήσετε τη φυσική του πετάγματος της μποτίλιας, πρώτα πρέπει να καταλάβετε τη γωνιακή ορμή . Χωρίς πολλές λεπτομέρειες, πρόκειται για ένα γινόμενο δύο παραγόντων, της γωνιακής ταχύτητας ω (πόσο γρήγορα περιστρέφεται) και της ροπής αδράνειας Ι (πώς κατανέμεται η μάζα του γύρω από τον άξονα περιστροφής)  Όταν δεν υπάρχει εξωτερική ροπή στρέψης σε ένα αντικείμενο, ισχύει η αρχή διατήρησης της γωνιακής ορμής,  δηλαδή το γινόμενο της γωνιακής ταχύτητας και της ροπής αδράνειας παραμένει σταθερό. Κατά συνέπεια, αν το ένα από τα δύο αυξηθεί το άλλο θα πρέπει να μειωθεί ώστε να διατηρηθεί σταθερό το γινόμενό τους, δηλαδή η γωνιακή ορμή L. Ένα κλασικό παράδειγμα αυτού είναι μία περιστρεφόμενη αθλήτρια του πατινάζ στον πάγο. Αν αρχικά περιστρέφεται με τα χέρια της εκτεταμένα, έχει μια υψηλή ροπή αδράνειας, επειδή η μάζα της είναι απλωμένη, μακριά από τον άξονα περιστροφής της, που περνάει από το κέντρο μάζας της. Εάν τραβήξει τα χέρια της και τα φέρει σφιχτά στο σώμα της, η ροπή αδράνειας μειώνεται. Προκειμένου η γωνιακή ορμή της L να παραμείνει η ίδια, η γωνιακή της ταχύτητα πρέπει να αυξηθεί, ώστε να περιστρέφεται γρηγορότερα. Μπορείτε να παρατηρήσετε αυτό για τον εαυτό σας σε μια καρέκλα γραφείου που γυρίζει.

(περισσότερα…)