Szerk
P. 5670. Két, egymást merőlegesen keresztező úton egy-egy motoros halad. Az egyik sebessége \(\displaystyle v_1\), a másiké \(\displaystyle v_2\), és az egymástól való legkisebb távolságuk \(\displaystyle d_0\). Milyen távolságra vannak ekkor a kereszteződéstől?
Az egyszerűség kedvéért mindkét járművet tekintsük pontszerűnek.
(5 pont)
Közli: Woynarovich Ferenc, Budapest
I. megoldás. A két motoros távolsága akkor lesz minimális, amikor az 1-es motoroshoz rögzített vonatkoztatási rendszerben a 2-es motoros sebességvektorának nincsen a két motorost összekötő egyenes irányába mutató komponense. Az 1. ábrán a motorosok a Földhöz rögzített koordináta-rendszerben láthatók.
\(\displaystyle d_0^2=d_1^2+d_2^2. \)
A 2. ábrán az 1-es motoroshoz rögzített koordináta-rendszerben ábrázoltuk a mozgást. Az 1-es motorostól a 2-eshez mutató helyvektor:
\(\displaystyle \boldsymbol{d}_0=(d_1,\,d_2), \)
a 2-es motoros relatív sebessége:
\(\displaystyle \boldsymbol{v}_2'=(-v_1,\,v_2). \)
Minimális távolság esetén a két vektor merőleges:
Ezt behelyettesítve \(\displaystyle d_0\) kifejezésébe és rendezve:
Kovács Tamás (Szeged, SZTE Báthory I. Gyak. Gimn. és Ált. Isk., 12. évf.)
II. megoldás. Amikor a két motoros között minimális a távolság (\(\displaystyle t_0\) időpont), akkor az egyik motoros közeledik a kereszteződéshez, a másik pedig távolodik a kereszteződéstől. (Ha mindketten közelednének vagy távolodnának, akkor nem lehetne minimális a távolság. ) Legyen ekkor az egyik motoros távolsága a kereszteződéstől \(\displaystyle d_1\), és tegyük fel, hogy ő távolodik \(\displaystyle v_1\) sebességgel, a másik motoros távolsága pedig \(\displaystyle d_2\), és tegyük fel, hogy ő közeledik a kereszteződéshez \(\displaystyle v_2\) sebességgel. Ekkor a Pitagorasz-tételből:
Ugyanígy a \(\displaystyle t_0-\Delta t\) időpontban:
és a \(\displaystyle t_0+\Delta t\) időpillanatban:
A \(\displaystyle t_0\) pillanatban akkor minimális a távolság, ha
azaz
bármely kicsiny \(\displaystyle \Delta t\geq 0\) érték esetén.
Ha \(\displaystyle \Delta t\) értékét egyre kisebbre választjuk, akkor a \(\displaystyle (\Delta t)^2\)-es tagok elhanyagolhatókká válnak az elsőfokú tagok mellett, és a (2) feltétel csak akkor teljesül, ha
\(\displaystyle 2d_1v_1\Delta t-2d_2v_2\Delta t=0. \)
Ebből:
amit (1)-be behelyettesítve:
\(\displaystyle d_1^2+d_1^2\left(\frac{v_1}{v_2}\right)^2=d_0^2. \)
Ezt megoldva, majd (3)-at használva a keresett távolságok:
Az eredmény nem függ attól, hogy a két motoros közül melyik közeledik, illetve melyik távolodik.
Kossár Benedek Balázs (Pécsi Leőwey Klára Gimn., 10. évf.)
46 dolgozat érkezett. Helyes 8 megoldás. Kicsit hiányos (4 pont) 24, hiányos (1–3 pont) 9, hibás 5 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!
P. 5689. Tekintsük a Föld Nap körüli pályáját 150 millió kilométer sugarú körnek. Tegyük fel, hogy egy üstökös az ekliptika síkjában, parabolapályán közelít a Naphoz úgy, hogy a Föld pályáját kétszer metszi, és a két metszéspontot összekötő egyenes szakasz hossza éppen a földpálya átmérője. (Szerencsére a Föld jó messzire elkerüli az üstököst, amikor az a földpálya közelében mozog.)
a) Mennyire közel halad el az üstökös a Nap középpontjához, és mekkora a sebessége ekkor?
b) Mekkora szögben metszi egymást a Föld és az üstökös pályája?
G. 925. Kerékpárral hosszú lejtőn gurulunk le, amelynek végén meg szeretnénk állni. Mikor és miért kopik kevésbé a kerékpár fékbetétje, ha jó nagy sebességre gyorsulunk, és a lejtő végén erősen fékezünk, vagy ha végig fékezünk, és nem engedjük száguldani a járművet? (Tételezzük fel, hogy blokkolás nélkül fékezünk, és a fék kopása a sebességtől függetlenül egyenesen arányos a súrlódási munkával.)
(4 pont)
Megoldás. A feladat szerint egy \(\displaystyle h\) magasságú lejtőn nyugalomból indulva gurulunk le, és a lejtő alján meg akarunk állni, tehát a mozgási energiánk a mozgás elején és végén is nulla. Nézzük az energiamérleget! A mozgási energia megváltozása nulla, tehát a teljes \(\displaystyle mgh\) helyzeti energia valamilyen módon ,,elhasználódik'', vagyis súrlódási és közegellenállási munkává alakul. A disszipáció három helyen történhet: a fékbetét súrlódási munkája (\(\displaystyle W_{\mathrm{f}}\)), a közegellenállás (légellenállás) munkája (\(\displaystyle W_{\mathrm{k}}\)) és a gördülési ellenállás munkája (\(\displaystyle W_{\mathrm{g}}\)). A munkatétel szerint:
