دی ۱۴۰۴

امتحان نهایی فیزیک ۳ تجربی

سوالات و پاسخ‌های تشریحی امتحان نهایی فیزیک ۳ تجربی
همراه با بارم‌بندی و نکات کلیدی

۲۰ بارم کل۲۱ تعداد سوال۱۱۰ دقیقه زماندانلود PDF

سوال ۸ — سؤال ۸ امتحان نهایی فیزیک ۳ تجربی — دی ۱۴۰۴

۰.۷۵ بارم

توپی به جرم 200 g200\ \mathrm{g} با تندی 10 m/s10\ \mathrm{m/s} به‌طور افقی به دیواری برخورد می‌کند و با تندی 5 m/s5\ \mathrm{m/s} در جهت مخالف برمی‌گردد. اگر مدت زمان تماس توپ با دیوار 0.01 s0.01\ \mathrm{s} باشد، اندازهٔ نیروی متوسطی که دیوار به توپ وارد می‌کند چقدر است؟

دیدن پاسخپاسخ این سوال همراه با حل تشریحی و نکات آموزشی
در یک قدمی شماست!پاسخ تشریحیبستن پاسخ

Fav=ΔpΔtF_{av} = \dfrac{\Delta p}{\Delta t} ، ∣Fav∣=∣0.2(−5−10)0.01∣=300 N|F_{av}| = \left|\dfrac{0.2(-5-10)}{0.01}\right| = 300\ \mathrm{N}

راه‌حل قدم‌به‌قدم

جهت حرکت اولیهٔ توپ (به سمت دیوار) را مثبت می‌گیریم. در این صورت:

m=200 g=0.2 kg,v1=+10 m/s,v2=−5 m/sm = 200\ \mathrm{g} = 0.2\ \mathrm{kg}, \qquad v_1 = +10\ \mathrm{m/s}, \qquad v_2 = -5\ \mathrm{m/s}

سرعت برگشت منفی است، چون توپ در جهت مخالف برمی‌گردد. تغییر تکانه:

Δp=m(v2−v1)=0.2 (−5−10)=−3 kg m/s\Delta p = m(v_2 - v_1) = 0.2\,(-5 - 10) = -3\ \mathrm{kg\,m/s}

طبق قانون دوم نیوتون به زبان تکانه، نیروی متوسط برابر آهنگ تغییر تکانه است:

Fav=ΔpΔt=−30.01=−300 NF_{av} = \frac{\Delta p}{\Delta t} = \frac{-3}{0.01} = -300\ \mathrm{N}

اندازهٔ نیرو 300 N300\ \mathrm{N} است؛ علامت منفی فقط نشان می‌دهد نیروی دیوار در خلاف جهت حرکت اولیهٔ توپ (رو به بیرون از دیوار) است.

اگر علامت سرعت برگشت را منفی نگیرید، تغییر سرعت را به‌جای 15 m/s15\ \mathrm{m/s} به اشتباه 5 m/s5\ \mathrm{m/s} به دست می‌آورید.

این پاسخ مفید بود؟