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׳ תלפיות ,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 שאלה שתיים מתוך שלוש שאלות ) 35נק׳ כל שאלה(: .1קריסת ארובה :ארובה גלילית דקה בגובה Lמוסטת קלות ממצב שיווי המשקל שלה ומתחליה ליפול בסיבוב )מסביב לבסיסה כמובן( עד שהיא נשברת בנקודה .P )א( חשבו את תנועת הארובה מסביב לבסיסה הנגרם מהמומנט ממרכז המסה שלה. )ב( כעת חשבו בנפרד את התנועה של החלק מעל הנקודה Pהנגרם מהמומנט כתוצאה ממרכז המסה של אותו החלק. )ג( השתמשו בסעיפים א' וב' כדי להעריך את מיקום נקודת השבירה Pהסביר ביותר ע"י מציאת המומנט של החלק מתחת לנקודה .P .2מהירות מקסימלית בריסון קריטי :מסה Mמחוברת לקפיץ בעל קבוע .kהמסה משוחררת ממנוחה כאשר הקפיץ מתוח יחסית לנקודת שיווי המשקל באורך . x= x 0 א. ב. ג. ד. רשמו ופתרו את משוואות התנועה ללא גרר. כעת המסה משוקעת בתוך נוזל המייצר גרר המתכונתי למהירות עם מקדם . כתבו ופתרו את משוואות התנועה במקרה זה ,תחת אותם תנאי התחלה ,ועבור . 24 m k ע"י פיתוח בטור מצאו את משוואות התנועה למצב המתואר בסעיף ב' בגבול של ריסון קריטי ,דהיינו, בגבול בו) 2≈4 mk :השאירו איברים עד לסדר ראשון בזמן(. מצאו את היחס בין המהירויות המקסימליות של המסה בסעיפים א ,וג'. .3א .הגעת נויטרון ממרחקים :ניוטרון ) ( M n=940 MeV /c 2נמצא במרחק 5שנות אור מכדור הארץ .זמן החיים של ניוטרונים הוא 881שניות .מה האנרגיה הנדרשת לו ע"מ להגיע לכדור הארץ בזמן שהוא קצר מזמן החיים? ב .התפרקות פיון :חלקיקים מסוג פיון חיובי ) ( +מתפרקים במנוחה למיואון חיובי ) ( M =106 MeV /c2 וניטרינו חסר מסה ) ( M =0נמדד כי למיואון אנרגיה קינטית של . 4 MeVמהי מסת המנוחה של הפיון? חלק ב׳ ענו על שאלה שתיים מתוך שלוש שאלות ) 15נק׳ כל שאלה(: .4משיכת גלגל ללא החלקה :שתי דסקאות בעלות מסה כוללת mורדיוס Rמחוברות ביניהם ע״י גליל בעל רדיוס rחסר מסה .על הגליל מלופף חוט הנמשך בתאוצה קבועה aבכיוון אופקי .בין הדיסאות והרצפה מקדם חיכוך סטטי . sמהו התנאי על הגדלים כך שהדסקאות תתגלגלנה ללא החלקה? )הבעיה דומה ליו-יו הנמשך על רצפה(. a r s m R .5שריפת לווין באטמוספירה :לווין בעל מסה mסובב את כדור הארץ בבסלול מעגלי בגובה hמעל לאטמוספירה .רדיוס הקצה העליון של האטמוספירה הוא .Rהלווין סיים את חייו ומפעיליו מתכוונים לשרופו ע״י מתן מהירות Δvברגע מסוים ,כך שהמסלול החדש של הלווין יעבור באטמוספירה .מצאו מהי המהירות המינימלית Δvהדרושה לפעולה זו. .6זווית במערכת צופה נע :צופה א' נייח במערכת המעבדה רואה מוט נע במהירות יחסותית v 1כלפי מטה, ויוצר זווית 1יחסית לציר האופקי )במערכת צופה א'( ,כמתואר בציור .צופה ב' שני נע שמאלה במהירות יחסותית v 2יחסית למערכת המעבדה .מצאו ביטוי לזווית 2של המוט במערכת צופה ב'. v2 v1 1