گام به گام پرسش ها و مسئله های فصل 2 صفحه 50 درس دینامیک فیزیک (3) رشته تجربی

1- سیبی را در نظر بگیرید که به شاخه درختی آویزان است و سپس از درخت جدا می شود.

الف) با رسم شکل نیروهای وارد بر سیب را قبل و بعد از جداشدن از درخت نشان دهید.

ب) در هر حالت واکنش این نیروها بر چه اجسامی وارد می شود؟

2- دانش آموزی به جرم 60 کیلوگرم روی یک ترازوی فنری در آسانسور ایستاده است. در هر یک از حالت های زیر این ترازو چند نیوتون را نشان می دهد؟ (g=9/8 N/kg)

الف) آسانسور ساکن است.

ب) آسانسور با سرعت ثابت حرکت می کند.

پ) آسانسور با شتاب 1/2 متر بر مجذور ثانیه به طرف بالا شروع به حرکت می کند.

ت) آسانسور با شتاب 1/2 متر بر مجذور ثانیه به طرف پایین شروع به حرکت می کند.

3- در شکل نشان داده شده، شخص با نیروی 200 نیوتن جسم 90 کیلوگرمی را هُل می دهد، اما جسم ساکن می ماند. ولی وقتی با نیروی 300 نیوتن جسم را هُل می دهد، جسم در آستانه حرکت قرار می گیرد.

الف) نیروی اصطکاک ایستایی بین جسم و سطح در هر حالت چقدر است؟

ب) ضریب اصطکاک ایستایی بین جسم و سطح چقدر است؟

پ) اگر پس از حرکت، شخص با نیروی 200 نیوتن جسم را هُل دهد و ضریب اصطکاک جنبشی بین سطح و جسم 0/20 باشد، باشد شتاب حرکت جسم چقدر خواهد شد؟

4- در شکل روبه رو وقتی وزنۀ 4 کیلوگرمی را به فنر آویزان  می کنیم، طول فنر 14 سانتی متر می شود، و وقتی وزنۀ 5 کیلوگرمی را به فنر آویزان می کنیم طول فنر 15 سانتی متر می شود.

الف) ثابت فنر چقدر است؟

ب) طول عادی فنر (بدون وزنه) چند سانتی متر است؟

5- در هر یک از موارد زیر، نیروهای وارد بر جسم را مشخص کنید. واکنش هر یک از این نیروها به چه جسمی وارد می شود؟

الف) خودرویی با سرعت ثابت در یک مسیر مستقیم افقی در حال حرکت است.

ب) کشتی ای با سرعت ثابت در حال حرکت است.

پ) قایق رانی در حال پارو زدن است.

ت) چتربازی در هوای آرام و در امتداد قائم در حال سقوط است.

ث) هواپیمایی در یک سطح پروازی افقی با سرعت ثابت در حال حرکت است.

ج) توپی در راستای قائم به زمین برخورد می کند و برمی گردد.

6- راننده خودرویی که با سرعت 72 کیلومتر بر ساعت در یک مسیر مستقیم در حال حرکت است، با دیدن مانعی اقدام به ترمز می کند و خودرو پس از طی مسافت 20 متر متوقف می شود.

الف) شتاب خودرو در مدت ترمز چقدر است؟

ب) از لحظه ترمز تا توقف کامل خودرو، چقدر طول می کشد؟

پ) نیروی اصطکاک بین لاستیک ها و سطح چقدر است؟

7- چتربازی از یک بالگرد تقریبا ساکن که در ارتفاع نسبتا زیادی قرار دارد، به بیرون می پرد و پس از مدتی چتر خود  را باز می کند و در امتداد قائم سقوط می کند. حرکت چترباز را از لحظه پرش تا رسیدن به زمین تحلیل کنید و نموداری تقریبی از تندی آن بر حسب زمان رسم کنید.

8- در شکل زیر، نیروی F₁ به بزرگی 20 نیوتن بر جعبه وارد شده است، اما جعبه همچنان ساکن است. اگر در همین حالت بزرگی نیروی قائم F₂ که جعبه را به زمین می فشارد از صفر شروع به افزایش کند، کمیت های زیر چگونه تغییر می کنند؟

الف) اندازه نیروی عمودی سطح وارد بر جعبه

ب) اندازه نیروی اصطکاک ایستایی وارد بر جعبه

پ) اندازه پیشینه نیروی اصطکاک ایستایی

ت) نیروی خالص وارد بر جسم

9- می خواهیم به جسمی که جرم آن 5 کیلوگرم است، شتاب 2 متر بر مجذور ثانیه بدهیم. در هر یک از حالت های زیر، نیرویی را که باید به جسم وارد کنیم محاسبه کنید. از مقاومت هوا صرف نظر می شود.

الف) جسم روی سطح افقی بدون اصطکاک حرکت کند.

ب) جسم روی سطح افقی با ضریب اصطکاک 0/20 به طرف راست حرکت کند، و شتابش نیز به طرف راست باشد.

پ) جسم در راستای قائم با شتاب رو به بالا شروع به حرکت کند.

ت) جسم در راستای قائم با شتاب رو به پایین شروع به حرکت کند.

10- قطعه چوبی را با سرعت افقی 10 متر بر ثانیه روی سطحی افقی پرتاب می کنیم. ضریب اصطکاک جنبشی بین چوب و سطح افقی 0/20 است.

الف) چوب پس از پیمودن چه مسافتی می ایستد؟

ب) اگر از یک قطعه چوب دیگر استفاده کنیم که جرم آن دو برابر جرم قطعه چوب اول و ضریب اصطکاک جنبشی آن با سطح افقی با اولی یکسان باشد و با همان سرعت پرتاب شود، مسافت پیموده شده آن چند برابر می شود؟

11- وزنه ای به جرم 2 کیلوگرم را به انتهای فنری به طول12 سانتی متر که ثابت آن 20 نیوتن بر سانتی متر است می بندیم و فنر را از سقف یک آسانسور آویزان می کنیم. طول فنر را در حالت های زیر محاسبه کنید.

الف) آسانسور ساکن است.

ب) آسانسور با سرعت ثابت 2 متر بر ثانیه رو به پایین در حرکت است.

پ) آسانسور با شتاب ثابت 2 متر بر مجذور ثانیه از حال سکون رو به پایین شروع به حرکت کند.

ت) آسانسور با شتاب ثابت 2 متر بر مجذور ثانیه از حال سکون رو به بالا شروع به حرکت کند.

12- برای یک راننده دانستن کل مسافت توقف خودرو اهمیت دارد. همانطور که شکل نشان می دهد کل مسافت توقف، دو  دیدن قسمت دارد ؛ مسافت واکنش (مسافتی که خودرو از لحظه مانع تا ترمزگرفتن طی می کند) و مسافت ترمز مسافتی که خودرو از لحظه ترمزگرفتن تا توقف کامل طی می کند.

الف) دو عامل مؤثر در مسافت واکنش را بنویسید

ب) زمان واکنش راننده ای 0/60 ثانیه است. در طی این زمان، خودرو مسافت 18 متر را طی می کند. با فرض ثابت بودن سرعت در این مدت، اندازه آن را حساب کنید.

پ) اگر در این سرعت راننده ترمز کند و خودرو پس از 5 ثانیه متوقف شود، مسافت ترمز و شتاب خودرو را حساب کنید.

ت) وقتی خودرو ترمز می کند، نیروی خالص وارد بر آن چقدر است؟ جرم خودرو را 1500 کیلوگرم فرض کنید.

13- یک خودروی باری با طناب افقی محکمی، یک خودروی سواری به جرم 1500 کیلوگرم را می کشد. نیروی اصطکاک و مقاومت هوا در مقابل حرکت خودروی سواری 220 نیوتن و 380 نیوتن است.

الف) اگر سرعت خودرو ثابت باشد نیروی کشش طناب چقدر است؟

ب) اگر خودرو با شتاب ثابت 2 متر بر مجذور ثانیه به طرف راست کشیده شود، نیروی کشش طناب چقدر است؟

14- کتابی را مانند شکل با نیروی عمودی F به دیوار قائمی فشرده و ثابت نگه داشته ایم.

الف) نیروهای وارد بر کتاب را رسم کنید.

ب) اگر جرم کتاب 2/5 کیلوگرم باشد، اندازه نیروی اصطکاک را به دست آورید.

پ) اگر کتاب را بیشتر به دیوار بفشاریم، آیا نیروی اصطکاک تغییر می کند؟ با این کار چه نیروهایی افزایش می یابد؟

15- وقتی در خودروی ساکنی نشسته اید و خودرو ناگهان شروع به حرکت می کند، به صندلی فشرده می شوید. همچنین اگر در خودروی در حال حرکتی نشسته باشید، در توقف ناگهانی به جلو پرتاب می شوید.

الف) علت این پدیده ها را توضیح دهید.

ب) نقش کمربند ایمنی و کیسه هوا در کمشدن آسیب ها در تصادف ها را بیان کنید

16- توپی به جرم 280 گرم با تندی 15 متر بر ثانیه به طور افقی به بازیکنی نزدیک می شود. بازیکن با مشت به توپ ضربه می زند و باعث میشود توپ با تندی 22 متر بر ثانیه در جهت مخالف برگردد.

الف) اندازه تغییر تکانه توپ را محاسبه کنید.

ب) اگر مشت بازیکن 0/06 ثانیه با توپ در تماس باشد، اندازه نیروی متوسط وارد بر مشت بازیکن از طرف توپ را به دست آورید.

17- شکل زیر، منحنی نیروی خالص برحسب زمان را برای توپ بیسبالی که با چوب بیسبال به آن ضربه زده شده است، نشان  می دهد تغییر تکانه توپ و نیروی خالص متوسط وارد بر آن را به دست آورید.

18- دو جسم در فاصله 20 متری از هم، یکدیگر را با نیروی گرانشی کوچک ^4-10×1 نیوتن، جذب می کنند. اگر جرم یکی از اجسام 50 کیلوگرم باشد، جرم جسم دیگر چقدر است؟

19- الف) در چه ارتفاعی از سطح زمین، وزن یک شخص به صف مقدار خود در سطح زمین می رسد؟

ب) اگر جرم ماهواره ای 250 کیلوگرم باشد، وزن آن در ارتفاع 36000 کیلومتری از سطح زمین چقدر خواهد شد؟

20- الف) شتاب گرانشی ناشی از خورشید در سطح زمین چقدر است؟

ب) شتاب گرانشی ناشی از ماه در سطح زمین چقدر است؟

21- الف) سفینه ای به جرم 10⁴×3 کیلوگرم در وسط فاصلۀ بین زمین و ماه قرار دارد. نیروی گرانشی خالصی را که از طرف زمین و ماه به این سفینه در این مکان وارد می شود به دست آورید. (از داده های مسئله های قبل استفاده کنید)

ب) در چه فاصله ای از زمین، نیروی گرانشی ماه و زمین بر سفینه، یکدیگر را خنثی می کنند؟

1- الف)

ب)

2- الف)

ب)

پ)

ت)

3- الف) جسم ساکن است.

ب) جسم در آستانه حرکت است.

پ) جسم با شتاب ثابت درحرکت است.

4- الف)

ب)

5- الف)

ب)

پ)

ت)

ث)

ج)

6- الف)

ب)

پ)

7- فرض می کنیم شخصی به وزن 500N از بالگرد به بیرون می پرد. بعد از پریدن چتر باز، سرعت اولیه آن بسیار ناچیز است و تندی و مقاومت هوا افزایش می یابد (جهت حرکت مثبت در نظر گرفته شده است)

پس از مدتی مقاومت هوا با وزن چترباز برابر شده و نیروی خالص وارد بر چترباز صفر می شود و چترباز با تندی ثابتی به طرف زمین حرکت می کند.

در این حالت چترباز چتر را باز می کند، که باعث افزایش نیروی مقاومت هوا خواهد شد.

در نهایت نیروی مقاومت کاهش یافته و برابر سرعت وزن خواهد شد و جسم با تندی کمتر به زمین می رسد.

8- الف)

با افزایش ₂F ، نیروی عمودی سطح وارد بر جعبه افزایش می یابد:

ب) تغییر می کند :

پ)  با افزایش ₂F ،  f_s,max مقدار افزایش می یابد.

ت) نیروی خالص وارد بر جسم در راستای x و y صفر است. چون در این راستا حرکتی ندارد.

9- الف)

ب)

پ)

ت)

10- الف)

جسم متوقف شده است بنابراین 0=v است.

ب) مطابق رابطهa=m_k.g شتاب حرکت به جرم جسم بستگی ندارد و مسافت پیموده شده ثابت می ماند.

11- الف)

ب)

پ)

ت)

12- الف) زمان واکنش و تندی خودرو

ب)

پ)

ت)

13- الف)

ب)

14- الف)

ب)

پ) خیر – نیروی اصطکاک تغییری نمی کند.

15- الف) بر طبق قانون اول نیوتن (لختی) جسم تمایل دارد حالت سکون و یا حرکت یکنواخت خود را بر روی خط راست حفظ کند.

در حالتی که خودرو ناگهان شروع به حرکت می کند، خودرو به سمت جلو رفته و اجسام داخل خودرو تمایل دارند حالت خود را حفظ کنند، به همین دلیل شخصی به صندلی فشرده می شود.

در حالتی که خودرو ناگهان توقف می کند، اجسام داخل خودرو تمایل دارند حالت رو به جلوی خود را حفظ کنند و در نتیجه اجسام به سمت جلو پرت می شوند.

ب) در هنگام توقف یا ترمز ناگهانی اتومبیل، سرنشین بنابر خاصیت لختی در مسیر حرکت به راه خود ادامه می دهد و به سمت شیشه جلو پرتاب می شود. کمربند ایمنی و یا کیسه هوا، سرنشین را با خودرو یک پارچه می کند و شتاب حرکت سرنشین در شتاب رخدادهای ناگهانی شتاب خودرو می شود.

16- الف)

ب)

17- پاسخ به صورت زیر خواهد بود:

18- پاسخ به صورت زیر می باشد:

19- الف)

ب)

20- الف)

ب)

21- الف)

ب)