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.
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. 912. Az ábrán látható áramkörben kezdetben a kapcsoló nyitva van.
a) Mekkora áramok folynak az áramkör ellenállásain és a telepeken a kapcsoló zárása előtt és után?
b) Mekkora áramok folynak, ha a kapcsoló melletti feszültségforrás polaritását megfordítjuk?
G. 911. Egy vékony szórólencse az ábrán látható \(\displaystyle P\) pontról a \(\displaystyle P'\) pontban állít elő látszólagos képet. A lencse optikai tengelyét a folytonos vonal jelöli, a négyzethálón egy-egy beosztás vízszintesen \(\displaystyle 10~\mathrm{cm}\)-nek, függőlegesen \(\displaystyle 1~\mathrm{cm}\)-nek felel meg. Mekkora a lencse fókusztávolsága?
P. 5691. Határozzuk meg egy vékony, \(\displaystyle m\) tömegű, homogén tömegeloszlású, \(\displaystyle a\) oldalú szabályos háromszög alakú lemez tehetetlenségi nyomatékát az egyik csúcsán áthaladó tengelyre vonatkozóan, ha az
a) a háromszög síkjára merőleges,
b) a magasságvonal,
c) az előző két tengelyre merőleges.
Közli: Zsigri Ferenc, Budapest
