Szerk
P. 5644. Milyen egyetlen, \(\displaystyle m\) tömeggel kellene helyettesíteni az ábrán szereplő jobb oldali csigát és a rajta lévő tömegeket, hogy az \(\displaystyle m_{1}\) tömegű test ugyanúgy mozogjon, mint az eredeti elrendezésben? Hanyagoljuk el a csigák tömegét és a súrlódást.
(4 pont)
Közli: Siposs András, Budapest
I. megoldás. A csigák és kötelek tömege, valamint a súrlódás elhanyagolható, így az egyes testek mozgásegyenlete:
Itt \(\displaystyle A\) az \(\displaystyle m_1\) tömegű test, a köteléhez kapcsolódó csiga, valamint a keresett \(\displaystyle m\) helyettesítő tömeg gyorsulása, \(\displaystyle a\) az \(\displaystyle m_2\) és \(\displaystyle m_3\) tömegek gyorsulása a mozgócsigához viszonyítva, \(\displaystyle K\) pedig a mozgócsigán átvetett kötélben a kötélerő. Az 1. ábra bal oldalán az eredeti, a jobb oldalán a helyettesítő elrendezés látható (\(\displaystyle m_2>m_3\) és \(\displaystyle m_1>m\), és ebből következően \(\displaystyle A>0\) és \(\displaystyle a>0\) választással, de ennek a megoldás szempontjából nincs jelentősége).
1. ábra
Az (1) és (2) egyenleteket a tömegekkel elosztva, majd az egyenleteket összeadva, és végül rendezve:
\(\displaystyle \frac{K}{m_3}-g+\frac{K}{m_2}-g=2A,\qquad\Rightarrow\qquad A=\frac{m_2+m_3}{2m_2m_3}K-g, \)
majd \(\displaystyle A\) értékét (3)-ba beírva:
\(\displaystyle \frac{2K}{m}-g=\frac{m_2+m_3}{2m_2m_3}K-g. \)
Ebből a keresett helyettesítő tömeg:
\(\displaystyle m=\frac{4m_2m_3}{m_2+m_3}. \)
Zádori Gellért (Szegedi Radnóti M. Kísérleti Gimn., 11. évf.)
II. megoldás. Vizsgáljuk a mozgást a jobb oldali csigával együtt mozgó vonatkoztatási rendszerben. A csiga gyorsulása legyen \(\displaystyle A\), így ebben a rendszerben vizsgálva a mozgást az \(\displaystyle m_i\) tömegű testre az \(\displaystyle m_ig\) nehézségi erőn kívül egy \(\displaystyle m_iA\) nagyságú, lefelé mutató tehetetlenségi erő hatását is figyelembe kell vennünk, tehát olyan, mintha a nehézségi gyorsulás értéke \(\displaystyle g^\star=g+A\) lenne.
2. ábra
A 2. ábra alapján a mozgásegyenletek:
Ebből
\(\displaystyle a=\frac{m_2-m_3}{m_2+m_3}g^\star\qquad\textrm{és}\qquad K=\frac{2m_2m_3}{m_2+m_3}g^\star. \)
A csigát tartó kötélre (a csiga elhanyagolható tömege miatt) \(\displaystyle 2K\) erő hat. Ha a csigát és a két rajta lógó testet egyetlen \(\displaystyle m\) tömeggel helyettesítenénk, akkor arra (mivel ebben a rendszerben nyugalomban van) \(\displaystyle 2K-mg^\star=0\) erő hatna. Ebből a keresett tömeg:
\(\displaystyle m=\frac{2K}{g^\star}=\frac{4m_2m_3}{m_2+m_3}. \)
Megjegyzés. Látható, hogy a megoldás szempontjából az \(\displaystyle m_1\) tömeg nagysága érdektelen.
24 dolgozat érkezett. Helyes 9 megoldás. Kicsit hiányos (3 pont) 4, hiányos (1–2 pont) 8, hibás 3 dolgozat.
P. 5679. Vízszintes talajon súrlódásmentesen mozoghat egy \(\displaystyle M\) tömegű, lapos felületű, kezdetben álló kiskocsi, amelynek egyik végén egy \(\displaystyle m=M/2\) tömegű, kicsiny hasáb helyezkedik el. A kiskocsi \(\displaystyle \ell=24~\mathrm{cm}\) hosszú, a rajta lévő hasáb és a kiskocsi között a súrlódási együttható \(\displaystyle \mu=0{,}2\).
a) Legfeljebb mekkora \(\displaystyle v_0\) sebességgel lökhetjük meg a kicsiny hasábot, hogy ne essen le a kiskocsiról?
b) Mekkora lesz a kiskocsi és a hasáb sebessége abban a pillanatban, amikor a hasáb lerepül a kiskocsiról, ha \(\displaystyle v_1=2v_0\) sebességgel lökjük meg a hasábot?
Közli: Wiedemann László, Budapest
A KöMaL kiadásának, a versenyek teljes lebonyolításának, díjazásának és a díjkiosztóval egybekötött Ifjúsági Ankétok szervezésének költségeit 2007 óta a MATFUND Középiskolai Matematikai és Fizikai Alapítvány fizeti.
Kérjük, személyi jövedelemadója 1%-ának felajánlásával álljon a több, mint 125 éve alapított Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok mellé!
G. 907. Az egyenletes tömegeloszlású, \(\displaystyle m=0{,}7~\mathrm{kg}\) tömegű, \(\displaystyle ABC\) szabályos háromszög alakú lemez \(\displaystyle A\) csúcsa az ábra szerint csuklóval csatlakozik a függőleges falhoz. A háromszög vízszintes \(\displaystyle AB\) oldalának \(\displaystyle B\) végpontját egy fonál köti össze a fallal. A fonál a vízszintessel \(\displaystyle \varphi=60^\circ\)-os szöget zár be.
a) Mekkora erő ébred a fonálban?
b) Mekkora nagyságú, és milyen irányú erővel terheli a háromszöglemez a csuklót?
Közli: Zsigri Ferenc, Budapest
Azok is figyelmesen olvassák el a Versenykiírást, akik tavaly már részt vettek versenyünkben.
Idén is matematikából, fizikából és informatikából indítunk versenyeket. Egyénileg, illetve csapatban is lehet versenyezni, a versenyek 9 hónapon keresztül, 2025. szeptemberétől 2026. június elejéig tartanak. Minden hónapban új feladatokat tűzünk ki, és a megoldásokat a következő hónap elejéig küldheted be. A verseny végeredményét a 2026. szeptemberi számunkban hirdetjük ki. A díjakat jövő ősszel, a KöMaL Ifjúsági Ankéton adjuk át.
P. 5674. Egy hőerőgép egy \(\displaystyle C\) hőkapacitású, kezdetben \(\displaystyle T\) hőmérsékletű test és egy állandó \(\displaystyle T_0\) hőmérsékletű, nagy méretű hőtartály között üzemel.
Vizsgáljuk a következő két esetet: \(\displaystyle T=T_0+\Delta T\) és \(\displaystyle T=T_0-\Delta T\). Melyik esetben nyerhetünk több munkát?
Példatári feladat nyomán
I. megoldás. A maximális, reverzibilis folyamatban működő gép (Carnot-gép) által végzett munka a hatásfok folyamatos változása miatt mindkét esetben integrálással fejezhető ki.
