Μάθημα : Φυσική Β Θετ 1 και Β Θετ 2

Αν ήσουν ένα φορτισμένο σωματίδιο σε σταθερό παντού ηλεκτρικό πεδίο, τι κίνηση θα έκανες;

Στόχοι

Με τη μελέτη αυτής της ενότητας ο/η μαθητής/τρια θα μπορεί:

• να αναγνωρίζει πότε ένα ηλεκτρικό πεδίο είναι ομογενές,

• να υπολογίζει τη δύναμη και την επιτάχυνση ενός φορτισμένου σωματιδίου σε ομογενές πεδίο,

• να περιγράφει και να υπολογίζει την κίνηση φορτισμένου σωματιδίου:

  • (α) κατά μήκος των δυναμικών γραμμών,

  • (β) κάθετα στις δυναμικές γραμμές,

• να συνδέει τη μεταβολή της κινητικής ενέργειας με τη διαφορά δυναμικού (Θ.Μ.Κ.Ε. και qΔV).

Υπενθύμιση – Θεωρία

1. Ομογενές ηλεκτρικό πεδίο
   Σχηματίζεται ανάμεσα σε δύο μεγάλες, παράλληλες, ετερώνυμα φορτισμένες πλάκες.

   • Οι δυναμικές γραμμές είναι παράλληλες και έχουν σταθερή πυκνότητα.

   • Το μέτρο της έντασης του πεδίου είναι το ίδιο σε κάθε σημείο.

2. Ένταση – Δύναμη – Επιτάχυνση

   • Ένταση πεδίου:

     E=ΔV /Δx ​

     κατά μήκος μιας δυναμικής γραμμής (Δx: απόσταση των δύο σημείων).

   • Δύναμη σε φορτίο q μέσα στο πεδίο:

     F=qE 

   • Αν το φορτίο έχει μάζα m, η επιτάχυνση είναι:

     α=F/m=qE/m ​

3. Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας – Διαφορά δυναμικού

   Το έργο της ηλεκτρικής δύναμης από μία θέση 1 σε μία θέση 2 είναι:

   W=q(V1−V2) 

   Και αξιοποιώ το Θ.Μ.Κ.Ε.:

   W=K2−K1​

Περίπτωση Α: Κίνηση κατά μήκος των δυναμικών γραμμών

Θεωρούμε ομογενές πεδίο με ένταση E⃗\vec{E}E κατά μήκος του άξονα x, με φορά προς τα δεξιά.

• Θετικό φορτίο (q>0) που αφήνεται ή εκτοξεύεται προς τη φορά του πεδίου:

  • Δέχεται σταθερή δύναμη F=qE  προς τα δεξιά.

  • Έχει σταθερή επιτάχυνση α=qE/m προς τα δεξιά.

  • Εκτελεί ευθύγραμμη ομαλά μεταβαλλόμενη κίνηση (επιταχυνόμενη).

• Αν εκτοξεύσουμε το φορτίο αντίθετα από τη φορά του πεδίου:

  • Η δύναμη έχει αντίθετη φορά από την ταχύτητα.

  • Η κίνηση είναι πάλι ευθύγραμμη ομαλά μεταβαλλόμενη, αλλά ομαλά επιβραδυνόμενη με την ίδια επιτάχυνση α.

Περίπτωση Β: Εκτόξευση κάθετα στις δυναμικές γραμμές

Θεωρούμε:

• Άξονας x: οριζόντιος,

• Άξονας y: κατακόρυφος,

• Ομογενές πεδίο με ένταση E⃗\vec{E}E κατά τον άξονα y (π.χ. προς τα πάνω).

Ένα φορτίο εκτοξεύεται με αρχική ταχύτητα ​ οριζόντια (δηλαδή κατά τον άξονα x), από σημείο όπου η ένταση είναι E.

• Στον άξονα x:
  Δεν ασκείται δύναμη ⇒ δεν υπάρχει επιτάχυνση:

  Άρα εκτελεί Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση στον άξονα x.

• Στον άξονα y:
  Ασκείται δύναμη Fy=qE , άρα:

  αy=qE/m

Η συνολική κίνηση είναι σύνθεση των δύο κινήσεων ⇒ η τροχιά είναι παραβολή (αναλογία με την οριζόντια βολή).

Μεθοδολογία για ασκήσεις

Όταν βλέπω άσκηση με φορτισμένο σωματίδιο σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο:

1. Διαβάζω προσεκτικά:
   – Είναι το πεδίο ομογενές;
   – Σε ποια κατεύθυνση είναι οι δυναμικές γραμμές;
   – Προς τα πού κινείται/εκτοξεύεται το φορτίο;

2. Διαλέγω σύστημα αξόνων ώστε:

   • ένας άξονας να είναι παράλληλος στις δυναμικές γραμμές (για να βάζω εκεί το E, F, a),

   • αν χρειαστεί, ο άλλος άξονας να είναι κάθετος (για συνιστώσες της κίνησης).

3. Γράφω πρώτα τη δύναμη:

   F=qE       -->     α = qE/m​

4. Αν η κίνηση είναι σε μία διάσταση:

   • Χρησιμοποιώ τις εξισώσεις κίνησης (ευθύγραμμη ομαλά μεταβαλλόμενη).

5. Αν η κίνηση είναι σε δύο διαστάσεις (π.χ. οριζόντια εκτόξευση):

   • Χωρίζω το πρόβλημα σε άξονες x και y,

   • Λύνω σαν δύο ανεξάρτητες κινήσεις και στο τέλος συνθέτω.

6. Όπου βολεύει, χρησιμοποιώ και το Θεώρημα Μεταβολής Κινητικής Ενέργειας:

   qΔV=ΔK 

   για να συνδέσω τάση/διαφορά δυναμικού με ταχύτητα.

Να θυμάσαι, να μη ξεχνάς!

Φυλλάδιο με Βαρυτικό πεδίο - Ένταση Βαρυτικού πεδίου του Μ. Παναγιωτόπουλου

Φυλλάδιο με Βαρυτικό πεδίο - Δορυφόροι του Διονύση Μητρόπουλου

Σημειώσεις βασικές θεωρίας και 9 ερωτήσεις με την απάντησή τους στη Βαρύτητα

Πόσο μακριά πρέπει να πάμε, ώστε η γη να μη μας έλκει; Ενδιαφέρον βίντεο του TedEd για τη βαρύτητα

Γίνε και συ μέλος!

Πώς βάζουμε κάτι σε τροχιά; Ενδιαφέρον βίντεο από την Καθημερινή Φυσική. 

Συνέντευξη (στα αγγλικά) του Kip Thorne, κορυφαίου επιστήμονα για τις μελανές οπές. Ήταν ο επιστημονικός σύμβουλος για την ταινία Interstellar. Τελείως μη αναμενόμενη η επιστημονική ακρίβεια της ταινίας!

Ορμή, Σύστημα Σωμάτων, Μονωμένο Σύστημα Σωμάτων, Αρχή Διατήρησης της Ορμής.

Μόνο αυτό. Τίποτ' άλλο.

Συνοπτικη θεωρία για την ορμή.

Σημειώσεις του Φυσικού κ. Καραδημητρίου με Ερωτήσεις και Ασκήσεις στο στυλ των πανελληνίων (Α, Β, Γ, Δ θέματα)

Ενδιαφέρουσες Σημειώσεις, Ερωτήσεις και Ασκήσεις από το Φυσικό Χρήστο Κωστούλα.

Συνοπτική Θεωρία στην Ομαλή Κυκλική Κίνηση

Δες την εργασία στις καμπυλόγραμμες κινήσεις με θέματα της Τράπεζας Θεμάτων με επιμέλεια της Ένωσης Ελλήνων Φυσικών

Εργασία για το σπίτι: κάνε τα ακόλουθα θέματα Β (όχι τα αρχικά, που είναι θέματα Α) της παραπάνω τράπεζας θεμάτων:

1, 2, 4, 5, 7, 9, 11, 13

πίνακας 1 Κυκλική Κίνηση

Πλήρεις και πολύ αξιόλογες σημειώσεις και ασκήσεις στην κυκλική κίνηση από το φυσικό Μ. Παναγιωτόπουλο

Εξαιρετικές σημειώσεις, ειδικά για εφαρμογές της κυκλικής κίνησης, από το φυσικό Βασίλη Δουκατζή

πίνακας 2

τυπολόγιο κυκλικής κίνησης και χρήση του σε επίλυση άσκησης

Πίνακας 3  Τελικά, ασκείται φυγόκεντρος δύναμη;

Μια συζήτηση στη διαδικτυακή τάξη για φανταστικές δυνάμεις με πολύ πραγματικά αποτελέσματα...

Ένα διασκεδαστικό βίντεο στα αγγλικά για μια ανύπαρκτη δύναμη: τη φυγόκεντρο.

Είναι ένα βίντεο 50+ ετών, αλλά ο τύπος τα σπάει!

Υπόδειξη: ενεργοποίησε τους αγγλικούς υπότιτλους ως υποβοήθηση στην κατανόηση.

Σύντομο βίντεο με το γύρο του θανάτου στην Κέρκυρα, με σχόλια και αντεγκλήσεις για τη φυγόκεντρο δύναμη. 

Ο γύρος του θανάτου

Και για όσους αρέσκονται στα (πολύ) κρύα αστεία:

Ο Γύρος του Θανάτου από το Μάρκο

Ενδιαφέρουσα προσομοίωση από το φυσικό Σιτσανλή Ηλία (Seilias) 

http://www.seilias.gr/index.php?option=com_content&task=view&id=496&Itemid=32&catid=21

Και δεύτερη, ακόμα πιο ενδιαφέρουσα προσομοίωση από τον ίδιο:

Τελικά, πόσο cool τύπος είναι ο βοηθός του Άη-Βασίλη; Πόσα g πιάνει το μηχάνημα;

πίνακας 5

πίνακας 6

Ας κάνουμε πρώτα μια πολύ γρήγορη ανακεφαλαίωση της περσινής τάξης

1. Ευθύγραμμες κινήσεις

2. Δυνάμεις

3. Έργο - Ενέργεια

Και τώρα ξεκινάμε με τα φετεινά:

Πάτησε πάνω στη φωτογραφία και δες το βίντεο, κυρίως από το 13:02 έως το 13:11

Πόσταρε στον Τοίχο του μαθήματος τη γνώμη σου στην ερώτηση:

• αν αυξήσει λίγο την ταχύτητα του βλήματος, θα πετύχει τη μαϊμού;

Πλήρεις και πολύ αξιόλογες σημειώσεις και ασκήσεις στην οριζόντια βολή από το φυσικό Μ. Παναγιωτόπουλο

Κωνικές τομές και τροχιές κίνησης σωμάτων- ένα ενδιαφέρον και χρήσιμο άρθρο

Αναπαραστάσεις που εξερευνήσαμε:

Θεωρία: Στο κυνήγι της μαϊμούς

Πείραμα για την επιβεβαίωση (ή όχι) της ανεξαρτησίας των κινήσεων, από το πανεπιστήμιο του Harvard:
https://www.youtube.com/watch?v=0jGZnMf3rPo

Περισσότερες πληροφορίες για το πείραμα στα αγγλικά, απευθείας από το Harvard: https://sciencedemonstrations.fas.harvard.edu/presentations/shoot-monkey

Οι τροχιές της μαϊμούς και του βλήματος:
https://www.youtube.com/watch?v=z24_ihikEqQ&feature=emb_logo

Εξίσωση τροχιάς με δυνατότητα παραμετροποίησης από Ηλία Τιτσανλή:
https://www.seilias.gr/images/stories/html5/projectileMotion.html
https://www.seilias.gr/images/stories/html5/F16vsTank.html
Η αντίστοιχη θεωρία:
https://www.seilias.gr/index.php?option=com_content&task=view&id=492&Itemid=32&catid=21

http://photodentro.edu.gr/lor/r/8521/10802

https://phet.colorado.edu/sims/html/projectile-motion/latest/projectilemotion_
el.html

Algodoo. Ανοικτό διαδραστικό περιβάλλον εξομοίωσης. Ήρθε η στιγμή που περίμενες!

Για την επόμενη φορά:

Το φυλλάδιο "Οριζόντια βολή" . Απαντήστε τα 8 Β θέματα και τα 3 θέματα.