בגרות פיזיקה מכניקה, קיץ 2023 מועד א'

קבעו אם הכיוון החיובי של המהירות נקבע במעלה המישור המשופע או במורדו. נמקו את קביעתכם.

בניסוי הראשון הגיע הגוף לנקודה K (הנקודה התחתונה של המישור המשופע), ברגע t = 0.5s .

סעיף ב. חשבו את המרחק בין הנקודה הגבוהה ביותר שאליה הגיע הגוף בניסוי הראשון לבין הנקודה K .

חשבו את המרחק AK .

בניסוי השני הגיע הגוף לנקודה K ברגע t = 0.62s .

סעיף ד. חשבו את AB (המרחק בין מיקומי הגוף ברגע תחילת התנועה בכל אחד משני הניסויים).

חוזרים על שני הניסויים במערכת דומה לזו המתוארת בתרשים 1, אך הפעם יש חיכוך בין הגוף ובין המישור המשופע. אחד מן התרשימים א–ד שלפניכם מתאר נכון את מהירות הגוף בשני הניסויים האלה כפונקצייה של הזמן עבור חלק מזמן התנועה.

סעיף ה. קבעו איזה מן התרשימים א–ד מתאר נכון את תנועת הגוף בשני הניסויים הנוספים בהשפעת החיכוך. נמקו את קביעתכם.

סרטטו את תרשים הכוחות הפועלים על הגוף A ואת תרשים הכוחות הפועלים על הגוף B . ליד כל כוח ציינו את שמו ומה מפעיל אותו (עבור הכוח F_1 רשמו "כוח חיצוני").

רשמו את משוואת הכוחות עבור כל אחד משני הגופים, ופתחו באמצעותן ביטוי לתאוצת המערכת כתלות בפרמטרים m_B , m_A , F_1 וקבועים פיזיקליים ידועים.

לפניכם גרף המתאר את המתיחות שנמדדה על ידי החיישן, כפונקצייה של הזמן, מן הרגע t = 0 ועד t = 1.2s . להזכירכם, גודל הכוח F_1 אינו בהכרח קבוע בזמן. נתון כי עד לרגע t = 0.3s הייתה המערכת במנוחה. מסת הגוף A היא m_A = 3 kg .

סעיף ג. היעזרו בגרף וחשבו את m_B , המסה של גוף B .

היעזרו בגרף וחשבו את גודל הכוח החיצוני F_1 בכל אחד משלושת פרקי הזמן המתוארים בגרף: 0 < t < 0.3s , 0.3s < t < 0.8s , 0.8s < t < 1.2s .

קבעו בעבור כל אחד משני פרקי הזמן 0.3s < t < 0.8s ו־ 0.8s < t < 1.2s , מהו סוג התנועה (מנוחה / תנועה קצובה / תנועה בתאוצה). הסבירו את קביעותיכם.

לאחר ביצוע המדידות האלה, ערכו באמצעות המערכת שני ניסויים: בניסוי הראשון הפעילו על המערכת כוח F_1 מסוים ומצאו כי תאוצת המערכת היא a_1 ≠ 0 כלפי מעלה (ראו תרשים 2א). בניסוי השני ניתקו את גוף B ואת חיישן הכוח מן החוט, והפעילו על קצהו התחתון של גוף A כוח F_2 אנכית כלפי מטה, נוסף על הכוח F_1 הזהה לזה שבניסוי הראשון (ראו תרשים 2ב). מדדו ומצאו כי גם בניסוי השני הייתה התאוצה a_1 (כלפי מעלה).

סעיף ו. קבעו מהו ההיגד הנכון מבין ההיגדים 1–4 שלפניכם, ונמקו את קביעתכם.

1. F_2 < m_B g

2. F_2 = m_B g

3. F_2 > m_B g

4. אי אפשר לקבוע את הקשר בין F_2 ו־ m_B g מן הנתונים.

5. F_2 < m_B g

6. F_2 = m_B g

7. F_2 > m_B g

8. אי אפשר לקבוע את הקשר בין F_2 ו־ m_B g מן הנתונים.

חשבו כמה זמן עבר מרגע השחרור של אחד הכדורים ועד לרגע פגיעתו בקרקע.

חשבו את מהירות הפגיעה של הכדור בקרקע (גודל וכיוון).

קבעו מהו המרחק בין נקודות הפגיעה בקרקע של שני כדורים ששוחררו זה אחר זה. פרטו את שיקוליכם.

קבעו איזה מן האיורים 1–4 שלפניכם מתאר בצורה הטובה ביותר את מיקומי הרחפן והכדורים לאחר שחרור הכדור השלישי. נמקו את קביעתכם.

במקרה שני הרחפן נע במהירות שגודלה זהה לגודל הנתון במקרה הראשון, אך הפעם הוא לא נע אופקית אלא בזווית α מתחת לאופק (ראו תרשים). גם במקרה זה שחרר הרחפן כדור מגובה 6 מטר מעל פני הקרקע. יוסף טוען כי במקרה השני, גודל מהירות הפגיעה של הכדור בקרקע גדול מגודל מהירות פגיעתו במקרה הראשון, ואילו דנה טוענת כי בשני המקרים גודל מהירות הפגיעה זהה.

סעיף ה. קבעו מי מהם צודק ונמקו את תשובתכם. תוכלו להיעזר בשיקולי אנרגייה.