בגרות פיזיקה מכניקה, קיץ 2022 מועד מיוחד

נתון כי זמן הנסיעה של משאית B מנקודה M לנקודה N היה 3 שעות. חשבו את מהירות הנסיעה הממוצעת של משאית זו בקטע MN. בטאו את התשובה ביחידות של קילומטר/שעה וגם של מטר/שנייה.

קבעו אם מהירות הנסיעה הממוצעת של משאית A בקטע MN גדולה ממהירות הנסיעה הממוצעת של משאית B בקטע זה, קטנה ממנה או שווה לה. נמקו בלי לחשב.

חשבו את מהירות הנסיעה הממוצעת של משאית A במחצית הראשונה של קטע הנסיעה (הקטע MP).

נתון כי גודל מהירות הנסיעה של משאית A בקטע השלישי של נסיעתה קבוע, והוא שווה למהירות הממוצעת שחישבתם בסעיף ג. כמו כן נתון כי גודל מהירות הנסיעה של משאית A בקטע האחרון של נסיעתה קבוע, והוא שווה למהירות הממוצעת של משאית B בקטע האחרון של נסיעתה (ראו תרשים).

סעיף ד. חשבו את התאוצה הממוצעת של משאית A בקטע הרביעי של נסיעתה.

קבעו אם יש רגע שבו המהירות הרגעית של שתי המשאיות שווה. נמקו.

– קטע א – נושא הניסוי: יישום החוק השני של ניוטון בתרשים מוצגת מערכת ("מכונת אטווד") המורכבת מגלגלת מקובעת לתקרה, ועליה כרוך חוט. בשני קצות החוט קשורים סלים A ו־B, ובתוכם מונחות משקולות. מסת הסל A עם המשקולות שבתוכו היא m_A, ומסת הסל B עם המשקולות שבתוכו היא m_B. הסלים יכולים לנוע מעלה ומטה. בתחילת הניסוי הסל A (הכבד יותר) נמצא במנוחה בגובה h מעל הרצפה (ראו תרשים). במערכת זו מסת החוט והגלגלת וכל כוחות החיכוך זניחים. במהלך הניסוי משחררים את המערכת ממנוחה. באמצעות שעון עצר מודדים את זמן התנועה t של המערכת מרגע שחרורה ועד פגיעת הסל A ברצפה. על פי מדידת הגובה והזמן מחשבים את התאוצה a של הסל A. ניסוי 1 מטרת הניסוי: לאמת את ההשערה שהסל A יורד בתאוצה קבועה. מהלך הניסוי: שחררנו את הסל A כמה פעמים, בכל פעם מגובה אחר, בלי לשנות את מסות הסלים. אחר כך חישבנו את התאוצה a. התוצאות והחישובים של שלוש מדידות מוצגים בטבלה.

סעיף א. הסבירו בקצרה מדוע על פי חוקי ניוטון נכון להניח שהסל A יורד בתאוצה קבועה. בתשובתכם על סעיף זה אין להתבסס על תוצאות המדידות.

הראו כיצד חישבו התלמידים את התאוצה בניסוי זה.

קבעו אם הממצאים המוצגים בטבלה אכן מאמתים את ההשערה שהסל A יורד בתאוצה קבועה. נמקו את קביעתכם.

– קטע ב – ניסוי 2 מטרת הניסוי: בדיקת התלות של התאוצה בהפרש המסות של הסלים, בעוד המסה הכוללת של המערכת נשארת קבועה. מהלך הניסוי: חזרנו על המדידות שבניסוי 1 כמה פעמים, ובכל פעם העברנו משקולת מן הסל B לסל A. תוצאות המדידות וקו המגמה מוצגים להלן.

סעיף ד. סרטטו במחברתכם את תרשים הכוחות הפועלים על כל אחד מן הסלים. כתבו ליד כל כוח את שמו.

התבססו על חוקי ניוטון, ופַתחו משוואה המקשרת בין התאוצה ובין הפרש המסות של הסלים.

על פי הגרף שבקטע ב והמשוואה שפיתחתם בסעיף ה, חשבו את המסה הכוללת (m_A+m_B) של הסלים במערכת. פרטו את חישוביכם.

סרטטו את תרשים הכוחות הפועלים על הכדור, ופַתחו בעזרתו ביטוי המתאר את cos α כפונקצייה של 1/f².

העתיקו את הטבלה למחברתכם, השלימו אותה (יש לעגל את תוצאות החישוב עד שלוש ספרות משמעותיות), וסרטטו גרף של cos α כפונקצייה של 1/f².

חשבו בעזרת שיפוע הגרף את אורך החוט, L.

קבעו על פי הגרף מהי התדירות המינימלית f של סיבוב הציר שבה ינוע הכדור בתנועה מעגלית.