Fysikk Nett (2015)

5.129 Løsningsstrategi

Start med å lese gjennom hele oppgaven. Du ser blant annet at alle spørsmålene handler om forskjellige bevegelser for en pendelkule. Noter deg noen stikkord om hvordan du mener de forskjellige delspørsmålene skal løses.

Vedlegget i margen viser en løsning av oppgaven for Rom Stoff Tid fysikk 2 (merk annet oppgavenummer).

a)

Figur/oversikt: Start så fra begynnelsen igjen med å lage en forenklet figur som bare har med det som er viktig for spørsmål a. Her handler det om pendelen i to posisjoner, først i ro med vinkelutslag 45° og så i det laveste punktet når snora er vertikal. I det nederste punktet tegner du også inn kreftene som virker på kula. Husk å skrive på de opplysningene som er gitt.

Løsningsprinsipp: Oppgaven spør etter snordraget i det laveste punktet, altså en kraft, og vi prøver å løse med Newtons lover: Siden snordraget er en av kreftene som virker på kula, bruker vi Newtons 2. lov på kula, for nederst i pendelbanen vet vi at akselerasjonen til kula er gitt ved a=v2r mot sentrum i sirkelbanen, dvs. oppover.
Men for å bestemme denne akselerasjonen, må vi vite kulas fart nederst i banen. Den kan vi finne ved å bruke energibetraktninger på pendelen. Det er bare tyngdekraften som gjør arbeid, så vi kan bruke loven om bevaring av mekanisk energi for pendelen for startposisjon og sluttposisjon. Dette må altså gjøres først, og deretter kan vi gå tilbake å finne svaret på oppgavespørsmålet ved hjelp av Newtons 2. lov.
 
b)
Figur/oversikt: Oppgaven handler nå om klossen, så lag en tegning som viser klossen som sklir og kreftene som virker på den. Marker startposisjon og sluttposisjon.
Løsningsprinsipp: Du skal finne startfart for klossen. Her kan enten arbeid–energi-setningen brukes, eller en kan bruke Newtons lover for å finne akselerasjonen og deretter bevegelseslikninger for å beregne farten. (Merk at bevegelsesmengdebetraktinger ikke er aktuell, nettopp fordi vi ikke kjenner farten til klossen etter støtet.)
Dersom vi velger å bruke Newtons lover, må vi starte med å beregne friksjonskraften ved hjelp av det oppgitte friksjonstallet – og verdien for normalkraften som du også må beregne. Siden det bare er friksjonskraften som virker i horisontal retning, kan vi deretter finne akselerasjonen – og til slutt startfarten fra en bevegelseslikning.
c)
Figur/oversikt: Her er det selve støtet mellom kule og kloss som er utgangspunktet, og deretter pendelen som svinger tilbake. Start med å tegne en figur som viser pendelkule og kloss både like før støtet og like etter støtet. I samme figur kan du også markere pendelens posisjon når den får sitt maksimale utslag etter kollisjonen. Skriv på alle aktuelle opplysninger, både de som er oppgitt og de du har funnet i tidligere delspørsmål.
 
Løsningsprinsipp: Også denne oppgaven er todelt. For å finne det maksimale vinkelutslaget når kula svinger tilbake, må vi først finne farten til pendelkula like etter støtet. Den farten kan vi finne ved å bruke loven om bevaring av bevegelsesmengde for støtet. Når vi har funnet farten, kan vinkelutslaget for pendelen beregnes ved å bruke bevaring av energi for pendelen i startposisjon og sluttposisjon, se oppgave a.

 

Vedlegg