77101 מכניקה ויחסות פרטית • המבחן הוא ללא כל חומר עזר, פרט לפריטים
Transcription
77101 מכניקה ויחסות פרטית • המבחן הוא ללא כל חומר עזר, פרט לפריטים
דר' גיא רון פרופ' ניר שביב מכניקה ויחסות פרטית 77101 מועד א׳ ,תשע"ד • המבחן הוא ללא כל חומר עזר ,פרט לפריטים הבאים: 2דפי נוסחאות ) 4עמודי .(A4 מחשבון חוברת אינטגרלים או ספר עזר במתמטיקה ) .(Mathematical Handbook מילון לדוברי שפה זרה• יש לנמק את התשובות .תשובה לא מנומקת לא תתקבל. • משך המבחן 3שעות. • בבחינה 2חלקים: בחלק א' יש לענות על 2מתוך 3שאלות 35) .נק' כל שאלה( בחלק ב' יש לענות על 2מתוך 3שאלות 15) .נק' כל שאלה(• יש לכתוב בצד שמאל של המחברת בלבד .בצד ימין ניתן להשתמש כטיוטא. • יש לכתוב את פתרון השאלות השונות בעמודים נפרדים ולהקיף את הפתרונות הסופיים במסגרת. • לפני מסירת הבחינה ,יש לציין על הצד הפנימי של כנף העטיפה את השאלות שנבחרו לבדיקה .כל זאת בכדי להקל על הבדיקה ולמנוע טעויות מיותרות .תודה! • כמו בחיים האמיתיים ,בשאלות יתכנו נתונים שאינם דרושים לפתרון הבעיה. בהצלחה! חלק א׳ ענו על שתיים מתוך שלוש השאלות ) 35נק׳ כל שאלה(: .1מוט על גלילים מסתובבים :מוט אחיד בעל מסה Mמונח על שני גלילים )בעלי צירים הקבועים במרחב( ברדיוס Rשמרכזיהם במרחק aזה מזה .המוט מונח אסימטרית כך שמרחק מרכז המוט מאחד הגלילים הוא . x 0מקדם החיכוך הדינמי בין הגלילים למוט הוא ) ,הניחו בכל השאלה כי החיכוך הוא קינטי – כלומר הגלגלים אינם במצב של גלגול ללא החלקה( .תנאי ההתחלה של מרכז המוט הם: x (0)= x 0 x˙ (0)=0 מצאו ופיתרו את משוואות התנועה עבור מרכז המוט כאשר: א .הגלילים מסתובבים זה לקראת זה במהירות זוויתית * . ב .הגלילים מסתובבים במהירות זוויתית * בכיוון ההפוך מסעיף א׳ )כלומר הופכים את הכיוון הסיבוב של שני הגלילים( . .2קליעים ומוטות :שלושה מוטות מחוברים זה לזה בקצוותיהם ,באופן קשיח ,במישור ,ויוצרים זווית של 120° ביניהם .המוטות דקים ,בעלי אורך Lומסה mכל אחד .מערכת המוטות נמצאת במנוחה על שולחן אופקי חסר חיכוך .ברגע מסוים פוגעים שני קליעים שמסותיהם mכל אחד, במהירות v0בקצוות של שניים מהמוטות ,בכיוון ניצב להם ונצמדים, כמתואר בציור. א .בטאו את ווקטור המיקום של מרכז המסה כתלות בזמן ,אחרי ההתנגשות .הגדירו את ראשית הצירים כמקום החיבור של המוטות לפני פגיעת הקליעים. ב .מהי המיהירות הזוויתית של המערכת סביב מרכז המסה? ג .מהי המהירות המקסימלית של הקצה ללא קליע יחסית לשולחן ,וכעבור כמה זמן מהירות זו תתקבל? .3מיואונים ופיונים: א .לחלקיק מסוג מיואון מסת מנוחה של M ,=106 MeV /c2וזמן חיים של . 2.2⋅10-6 Secחלקיקים כאלו נוצרים באטמוספירה )נאמר בגובה של 10ק"מ( ונמדדים לעיתים בכדור הארץ )כמו בחדר ההרצאות בבניין פלדמן( .מהי האנרגיה המינימלית לחלקיק כזה ע"מ שיגיע לפני כדור הארץ בזמן קצר מזמן החיים שלו? ב .פרוטונים בעלי אנרגיה גבוהה מאוד ) ( M p =938 MeV /c 2יכולים לאבד אנרגיה ע"י התנגשויות עם + פוטונים של קרינת הרקע הקוסמית וייצור פיונים ) ( M -=139 MeV /c 2בתהליך. p&+' p&- : -4 לפוטונים של קרינת הרקע הקוסמית אנרגיה של ) E +=3.45⋅10 eVלידע כללי ,המתאימה לטמפרטורה של 2.7מעלות( וכמובן פוטונים הם חסרי מסה .מהי האנרגיה הדרושה לפרוטון ע"מ שהתהליך יתאפשר )רמז :הוכיחו קודם כי באנרגיה מספיק גבוהה מתקיים בקירוב E p =P p c 6 והשתמשו בקירוב זה .כמו כן.( MeV =10 eV , חלק ב׳ ענו על שתיים מתוך שלוש השאלות ) 15נק׳ כל שאלה(: * .4חרוז על חישוק :חרוז בעל מסה mנע ללא חיכוך על חישוק בעל רדיוס .R החישוק מאולץ להסתובב בתדירות זוויתית * קבועה .בבעיה אין כבידה. מצאו את התדירות .של תנודות קטנות שיבצע החרוז סביב הנקודות הרחוקות מציר הסיבוב ,כמתואר בציור. .5פרצסיית כדו״א :ציר הסיבוב של כדו״א מבצע פרצסיה כתוצאה ממונט ממוצע המופעל ע״י גרמי שמיים אחרים בזמן מחזור של 26000שנים .אם הציר סביבו מבצע כדו״א את הפרצסיה ניצב למסלול סיבובו של כדו״א סביב השמש )כמתואר בציור( ,מצאו את גודלו הממוצע של מומנט זה .מה כיוונו בכל רגע נתון? 24 37 2 לשימושכם ,מסת כדו״א היא M E =6.0×10 kgומומנט האינרציה שלו הוא . I E =8.0×10 kg m כמו כן ציר סיבוב כדו״א נתוי בזווית של 23.4°יחסית למסלול הסיבוב של כדו״א סביב השמש. .6תנודות כדורים וקפיצים :שני כדורים בעלי מס ה 2mו3m 3m- מחוברים ע״י שני קפיצים במקביל ,בעלי קבועי קפיץ 2kו.3k- הכדורים נזרקים באוויר .מה תהיה התדירות הזוויתית של התנודה אם המערכת אינה מסתובבת? 3k 2k 2m