עמוד:312

ו . דוגמאות לתנועות קצובות במסלול מעגלי דוגמה : 4 תנועת מעגלית קצובה על פני שולחן דסקית קטנה שמסתה m = 0 . 3 kg נעה לאורך מסלול מעגלי על פני שולחן אופקי חסר חיכוך . הדסקית קשורה באמצעות חוט שאורכו 0 . 2 מ ' אל ציר קבוע בשולחן , כמתואר באיור 14 א , ומשלימה 2 סיבובים בכל שנייה . א . איזה כוח גורם לתאוצה הצנטריפטלית של הדסקית ? כיצד הוא מתהווה ? ב . מהו גודלו של כוח זה ? ג . מהו כיוון הכוח שהדסקית מפעילה על החוט ? ד . לאיזה כיוון תנוע הדסקית אם ברגע מסוים החוט נקרע ? פתרון : א . על הדסקית פועלים שלושה כוחות : כוח הכובד כלפי מטה , הכוח הנורמלי כלפי מעלה , והמתיחות בחוט P לעבר הציר . ( סימנו את מתיחות החוט ב-ק ולא כפי שנהגנו ב-ד , וזאת כדי למנוע בלבול בין המתיחות T ובין זמן המחזור של התנועה המעגלית ד . ( שני הכוחות הראשונים מקזזים זה את זה , ולפיכך הכ 1 ח השקול לשלושת הכוחות הוא כוח המתיחות בחוט הפועל על הדסקית לעבר מרכז המעגל . כוח המתיחות "ממלא תפקיד " של הכוח הצנטריפטלי , והוא גורם לתאוצה הצנטריפטלית . כוח המתיחות מתהווה כך : ברגע שמקנים לדסקית מהירות התחלתית , היא מתחילה לנוע לאורך קו ישר וכך היא מותחת את החוט . החוט שנמתח , מפעיל על הדסקית כוח מתיחות , המשנה בכל נקודה את כיוון תנועתה . ב . הדסקית נעה לאורך מעגל , בתדירות / = 2 s בהשפעת כוח המתיחות . 2 על-פי החוק השני של ניוטון : 0 . 2 = 9 . 5 N 2 AK P = m 47 r f-R = 0 . 3 f R = ^ IFR = m- - = m 47 ^ ג . החוט מפעיל על הדסקית כוח לעבר מרכז המעגל . בתוקף החוק השלישי של ניוטון , הדסקית מפעילה על החוט ( בנקודת החיבור ביניהם ) כוח שכיוונו ממרכז המעגל לעבר הדסקית . ד . נניח שהחוט נקרע ברגע שהדסקית חלפה בנקודה A המצויינת באיור 14 ב . כהרף עין לפני שהחוט נקרע , מצביע וקטור המהירות של הדסקית ככיוון המשיק שמאלה , ועל הדסקית פועלים שלושה כוחות , כמתואר בסעיף א . ברגע שהחוט נקרע , כוח המתיחות אינו פועל יותר על הדסקית , והכוח השקול ( לכוח הכובד ולכוח הנורמלי ) שווה לאפס . על-פי החוק השני של ניוטון וקטור המהירות לא ישתנה ( לא בגודלו ולא בכיוונו ) לכן הדסקית תנוע לאורך ק 1 ישר שמאלה , במסלול משיק למעגל בנקודה שבה החוט נקרע , ובמהירות שהיתה לה לפני קריעת החוט . איור : 14 תנועת דסקית על J 9 ₪ לרון

מכון ויצמן למדע. המחלקה להוראת המדעים

ישראל. משרד החינוך


לצפייה מיטבית ורציפה בכותר