בגרות פיזיקה מכניקה, קיץ 2022 מועד א'

קבעו מהו סוג התנועה של המכונית (שוות מהירות, שוות תאוצה, תאוצה משתנה) בכל אחד משלושת השלבים העיקריים של התנועה המוצגים בגרף: 0 < t < 6s , 6s < t < 10s , 10s < t < 13s . נמקו את קביעותיכם.

יצרני המכונית מצהירים כי אפשר להאיץ את המכונית מ־ 0 קמ"ש עד 100 קמ"ש ב־ 2.6 שניות.

סעיף ב. הניחו כי התאוצה שעליה הצהירו היצרנים קבועה, וחשבו פי כמה גדולה תאוצה זו מן התאוצה המקסימלית שבה נסע הנהג.

חשבו בקירוב את המהירות הממוצעת של המכונית ב־ 13 השניות הראשונות של נסיעתה.

המכונית ממשיכה לנסוע לאורך כביש ישר במהירות שגודלה 14 m/s . ברגע מסוים הבחין הנהג בכדור המתגלגל לרוחב הכביש ולא רצה לפגוע בו. הזמן שעבר מן הרגע שהוא הבחין בכדור ועד שלחץ על דוושת הבלם (זמן התגובה) הוא 0.75s . גודל תאוצת הבלימה של המכונית הוא 3.5 m/s² .

סעיף ד. חשבו את משך הזמן שעבר מן הרגע שהנהג לחץ על דוושת הבלם ועד שהמכונית נעצרה.

חשבו את המרחק הכולל שעברה המכונית מן הרגע שהנהג הבחין בכדור ועד שהמכונית נעצרה.

בכרזה של הרשות הלאומית לבטיחות בדרכים נכתב: «10 קמ"ש פחות – פי שניים סיכוי לחיות». הנהג הבין שכוונת הדברים היא שאם יקטינו את גודל המהירות של המכונית ב־ 10 קמ"ש, מרחק הבלימה שלה יקטן פי שניים. מרחק הבלימה הוא המרחק הקטן ביותר שעוברת המכונית מן הרגע שבו הנהג לוחץ על הבלמים ועד לעצירתה.

סעיף ו. האם הקטנת גודל המהירות של המכונית ב־ 10 קמ"ש תקטין את מרחק הבלימה שלה פי שניים, ללא תלות בגודל מהירות הנסיעה? נמקו את תשובתכם.

בניסוי הראשון הציב התלמיד את המסילה בכיוון אופקי והניח עליה את התיבה (ראו תרשים 1). הוא החזיק את התיבה במקום וקשר אליה משקולת שמסתה m_1 באמצעות חוט העובר על פני גלגלת. התלמיד שחרר את המערכת ממנוחה. הניחו כי מסת החוט ומסת הגלגלת זניחים, וכי במהלך התנועה המשקולת לא מגיעה לקרקע והתיבה לא מגיעה אל הגלגלת. נתון כי גודל תאוצת המערכת הוא g/4 .

סעיף א. סרטטו במחברת את תרשים הכוחות שפעלו על התיבה M , ואת תרשים הכוחות שפעלו על המשקולת m_1 . ליד כל כוח רשמו את שמו.

בטאו את מסת המשקולת m_1 באמצעות מסת התיבה M .

חשבו את היחס בין גודל המתיחות בחוט כל עוד המערכת הוחזקה במנוחה ובין גודל המתיחות בחוט לאחר שחרור המערכת.

בניסוי השני העלה התלמיד קצה אחד של המסילה כך שהמסילה הייתה משופעת בזווית α ביחס לאופק. הוא הוציא את המשקולת m_1 מן המערכת, הניח את התיבה M בקצה התחתון של המסילה והדף אותה בכיוון מעלה המסילה המשופעת (ראו תרשים 2). גם בניסוי זה גודל תאוצת התיבה הוא g/4 .

סעיף ד. חשבו את α , זווית השיפוע.

לאחר שהתיבה עלתה במעלה המסילה היא נעצרה רגעית, והתחילה לנוע בחזרה במורד המסילה.

סעיף ה. קבעו אם גודל תאוצת התיבה ברגע שבו היא נעצרה רגעית שווה לאפס. נמקו את קביעתכם.

בניסוי השלישי הניח התלמיד גוף בתוך התיבה, וקשר אותו לדופן התיבה באמצעות חוט המקביל למסילה. הוא הניח את התיבה והגוף בתוכה במעלה המסילה ושחרר אותם ממנוחה (ראו תרשים 3).

סעיף ו. מה היה גודל המתיחות בחוט במהלך ירידתה של התיבה? נמקו את תשובתכם.

במצב המתואר לא פועל כוח חיכוך בין גוף B לבין השולחן.

סעיף א. התייחסו למצב זה, וסרטטו את תרשים הכוחות הפועלים על כל אחד משני הגופים. ליד כל כוח רשמו את שמו.

חשבו את התדירות f .

במקרה אחר הוסיפו לסלסלה A משקולת שמסתה שווה למסת הסלסלה. המרחק ℓ והתדירות f לא השתנו. במצב זה פועל כוח חיכוך סטטי בין גוף B לבין השולחן.

סעיף ג. מהו גודלו ומהו כיוונו של כוח החיכוך הסטטי הפועל על גוף B ?

חשבו את מקדם החיכוך הסטטי μ_s המינימלי הקיים בין השולחן לגוף B , המאפשר תנועה זו.

בלי להוריד את המשקולת שהוסיפו לסלסלה, חיברו מעל גוף B גוף נוסף, C , שמסתו m_C . במצב זה שני הגופים, B ו־ C , מסתובבים כעת יחד בתנועה מעגלית שרדיוסה ℓ ותדירותה f .

סעיף ה. אילו מסת גוף C הייתה שווה למסת גוף B (m_B = m_C), הסבירו מדוע במצב זה לא היה פועל כוח חיכוך סטטי בין גוף B לבין השולחן.

אילו מסת גוף C הייתה גדולה ממסת גוף B (m_B < m_C), קבעו את כיוון כוח החיכוך הסטטי שהשולחן היה מפעיל על גוף B . נמקו את קביעתכם.