Szerk
P. 5644. Milyen egyetlen, \(\displaystyle m\) tömeggel kellene helyettesíteni az ábrán szereplő jobb oldali csigát és a rajta lévő tömegeket, hogy az \(\displaystyle m_{1}\) tömegű test ugyanúgy mozogjon, mint az eredeti elrendezésben? Hanyagoljuk el a csigák tömegét és a súrlódást.
(4 pont)
Közli: Siposs András, Budapest
I. megoldás. A csigák és kötelek tömege, valamint a súrlódás elhanyagolható, így az egyes testek mozgásegyenlete:
Itt \(\displaystyle A\) az \(\displaystyle m_1\) tömegű test, a köteléhez kapcsolódó csiga, valamint a keresett \(\displaystyle m\) helyettesítő tömeg gyorsulása, \(\displaystyle a\) az \(\displaystyle m_2\) és \(\displaystyle m_3\) tömegek gyorsulása a mozgócsigához viszonyítva, \(\displaystyle K\) pedig a mozgócsigán átvetett kötélben a kötélerő. Az 1. ábra bal oldalán az eredeti, a jobb oldalán a helyettesítő elrendezés látható (\(\displaystyle m_2>m_3\) és \(\displaystyle m_1>m\), és ebből következően \(\displaystyle A>0\) és \(\displaystyle a>0\) választással, de ennek a megoldás szempontjából nincs jelentősége).
1. ábra
Az (1) és (2) egyenleteket a tömegekkel elosztva, majd az egyenleteket összeadva, és végül rendezve:
\(\displaystyle \frac{K}{m_3}-g+\frac{K}{m_2}-g=2A,\qquad\Rightarrow\qquad A=\frac{m_2+m_3}{2m_2m_3}K-g, \)
majd \(\displaystyle A\) értékét (3)-ba beírva:
\(\displaystyle \frac{2K}{m}-g=\frac{m_2+m_3}{2m_2m_3}K-g. \)
Ebből a keresett helyettesítő tömeg:
\(\displaystyle m=\frac{4m_2m_3}{m_2+m_3}. \)
Zádori Gellért (Szegedi Radnóti M. Kísérleti Gimn., 11. évf.)
II. megoldás. Vizsgáljuk a mozgást a jobb oldali csigával együtt mozgó vonatkoztatási rendszerben. A csiga gyorsulása legyen \(\displaystyle A\), így ebben a rendszerben vizsgálva a mozgást az \(\displaystyle m_i\) tömegű testre az \(\displaystyle m_ig\) nehézségi erőn kívül egy \(\displaystyle m_iA\) nagyságú, lefelé mutató tehetetlenségi erő hatását is figyelembe kell vennünk, tehát olyan, mintha a nehézségi gyorsulás értéke \(\displaystyle g^\star=g+A\) lenne.
2. ábra
A 2. ábra alapján a mozgásegyenletek:
Ebből
\(\displaystyle a=\frac{m_2-m_3}{m_2+m_3}g^\star\qquad\textrm{és}\qquad K=\frac{2m_2m_3}{m_2+m_3}g^\star. \)
A csigát tartó kötélre (a csiga elhanyagolható tömege miatt) \(\displaystyle 2K\) erő hat. Ha a csigát és a két rajta lógó testet egyetlen \(\displaystyle m\) tömeggel helyettesítenénk, akkor arra (mivel ebben a rendszerben nyugalomban van) \(\displaystyle 2K-mg^\star=0\) erő hatna. Ebből a keresett tömeg:
\(\displaystyle m=\frac{2K}{g^\star}=\frac{4m_2m_3}{m_2+m_3}. \)
Megjegyzés. Látható, hogy a megoldás szempontjából az \(\displaystyle m_1\) tömeg nagysága érdektelen.
24 dolgozat érkezett. Helyes 9 megoldás. Kicsit hiányos (3 pont) 4, hiányos (1–2 pont) 8, hibás 3 dolgozat.
A KöMaL levelezős versenyei azon kevesek közé tartoznak, amelyek ingyenesek – immár több mint 130 éve! Sajnos azonban a KöMaL állami támogatásának rendszere az elmúlt évben jelentősen átalakult, a következő években az előre látható bevételeink várhatóan nem tudják fedezni a költségeinket.
Ezért kérünk mindenkit, aki szereti a KöMaL-t, létezését fontosnak tartja, hogy lehetőségéhez mérten támogassa a KöMaL-t kiadó MATFUND Alapítványt. Ha teheti, rendelkezzen adója 1%-áról az Alapítvány javára. Ezen kívül pedig, ha saját vagy céges lehetőségei megengedik, támogassa a KöMaL kiadását, a KöMaL tudáskincsének gondozását!
A KöMaL kiadásának, a versenyek teljes lebonyolításának, díjazásának és a díjkiosztóval egybekötött Ifjúsági Ankétok szervezésének költségeit 2007 óta a MATFUND Középiskolai Matematikai és Fizikai Alapítvány fizeti.
Kérjük, személyi jövedelemadója 1%-ának felajánlásával álljon a több, mint 125 éve alapított Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok mellé!
P. 5706. Homogén tömegeloszlású vékony vasrúdból \(\displaystyle a\), \(\displaystyle b\) és \(\displaystyle c\) hosszúságú darabokat vágunk le, és azokból háromszög alakú merev keretet hozunk létre. A vaskeret teljes súlya \(\displaystyle G\). A keretet vízszintes helyzetben a csúcsainál alátámasztjuk. Mekkora erővel terheli a vaskeret az alátámasztási pontokat?
M. 447. Mérjük meg egy laza csavarrugó rugóállandóját különböző, a rugóval összemérhető tömegű nehezékek segítségével
a) statikus módszerrel,
b) dinamikus módszerrel (rezgések tanulmányozásával).
Vessük össze a kétféle módszerrel kapott eredményeket, és próbáljunk magyarázatot adni az esetleges eltérésre!
Közli: Vigh Máté, Herceghalom
