Fizyka Egzamin ARiSS 2023/2024

Siła oddziaływania grawitacyjnego jest wprost proporcjonalna do iloczynu oddziaływujących mas, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Oznacza to, że siła jest duża gdy masy są duże i bardzo małe odległości między ciałami.

Na ciało znajdujące się w środku Ziemi działają poszczególne punkty Ziemi. Ponieważ kula ma symetrię kulistą to działające siły na ciało znajdujące się w środku Ziemi pochodzące od punktów po przeciwnej stronie środka Ziemi będą się równoważyć. Wypadkowa siłą będzie więc równa zero.

Aby stacja wraz z kosmonautami poruszała się po orbicie muszą poruszać się z taką prędkością aby siła odśrodkowa bezwładności równoważyła siłę grawitacji. Kosmonauta po wyjściu w przestrzeń ma taką samą prędkość jak stacja, a więc pozostawione przedmioty również mają taką samą prędkość Nie zadziałała bowiem żadna siła która tę prędkość by zmieniła.

Nieważkość będzie następować gdy nie działa siła grawitacji i wyłączone są silniki, bądź gdy siła grawitacji jest równa sile bezwładności i ruch następuje jedynie pod wpływem wyłącznie pola grawitacyjnego, czyli w chwili ustania pracy silników.

Aby ciało poruszało się po okręgu musi działać siła dośrodkowa. W ruchu stacji orbitalnych rolę siły dośrodkowej pełni siła grawitacji. W układzie związanym z poruszającą się stacją orbitalną (układ nieinercjalny) działa siła odśrodkowa bezwładności zwrócona na zewnątrz okręgu. Równoważy ona siłę grawitacyjną i siła nacisku jest równa zero. Panuje więc stan nieważkości.

Skoro próba jest bezskuteczna, to ciało spoczywa. Z pierwszej zasady dynamiki wynika, że działające siły muszą się równoważyć. Siła tarcia statycznego zawsze musi mieć więc ten sam kierunek, taką samą wartość, ale przeciwny zwrot, co siła działająca.

W pytaniu prostopadłościany spoczywają, może wystąpić więc jedynie tarcie statyczne (spoczynkowe). Z pierwszej zasady dynamiki wynika, że działające siły muszą się równoważyć. Siła tarcia statycznego zawsze musi mieć wobec tego ten sam kierunek, taką samą wartość, ale przeciwny zwrot, co siła działająca. Ale ciała leżą na poziomym stole i nie działa żadna siła zewnętrzna. Siła tarcia statycznego będzie równa zero.

dwie pierwsze odpowiedzi są złe, bowiem tarcie statyczne nie zależy od wielkości powierzchni.

Tarcie zależy zależy od rodzaju powierzchni trących, a te są takie same i od siły nacisku. Jeżeli zwiększa się siła zsuwająca to również zwiększa się siła nacisku i tyle samo razy rośnie tarcie. Wzdłuż powierzchni cegły będzie nadal równowaga sił. Skoro przy dwóch cegłach zsuwanie nie następowało to przy następnych również nie będzie.

Jeżeli siły działają w różnych kierunkach to musimy przeprowadzić analizę sił w kierunkach do siebie prostopadłych. W kierunku prostopadłym do równi siła FN równoważona jest przez siłę sprężystości podłoża Fp. W naszym przypadku ruch występuje wzdłuż równi. Aby ciało spoczywało działające siły muszą się równoważyć co wynika z pierwszej zasady dynamiki. Siła tarcia statycznego, działająca na klocek jest więc równa co do wartości składowej Fs ciężaru klocka.

Człowiek może chodzić dzięki sile tarcia statycznego. Aby iść do przodu musimy odepchnąć podłoże do tyłu. Wtedy siła tarcia statycznego działa do przodu. Siłę tarcia wskazuje więc wektor d).

Tarcie spowodowane jest działaniem sił elektromagnetycznych na poziomie atomów i cząsteczek. Dzięki sile tarcia farba pozostaje na suficie. Siłę nacisku powoduje w tym przypadku siła ręki (siła ciężkości powoduje nacisk jedynie gdy ciało znajduje się swobodnie na płaskiej, poziomej powierzchni, jeśli powierzchnia jest nachylona pod kątem to siła nacisku będzie składową siły ciężkości prostopadłą do powierzchni)

Ruch samochodu jest złożony. Samochód hamuje jadąc od punktu K do L czyli porusza się ruchem opóźnionym i jednocześnie skręca czyli porusza się po okręgu. Tarcie T1 powoduje hamowanie, a T2 pełni rolę siły dośrodkowej i powoduje zakrzywienie toru. Całkowite tarcie jest wypadkową T1 i T2.

Pedałując działamy na tylne koło, które następnie działa do tyłu na nawierzchnię. Wtedy zgodnie z trzecią zasadą dynamiki tarcie statyczne działa do przodu, nadając ruch rowerowi. Na przednie koło natomiast działa siła tarcia dynamicznego przeciwna do ruchu.

Dla określonej powierzchni i kształtu siła oporu powietrza zależy od prędkości. Im większa jest prędkość to większa jest siła oporu. Dlatego prawdziwa jest odpowiedź trzecia.

Pracę liczymy jako iloczyn siły i przesunięcia. Przesunięcie jest takie same wynoszące 10 kilometrów, a musimy działać siłą równoważącą siłę oporu powietrza. Dla określonej powierzchni i kształtu siła oporu powietrza zależy od prędkości. Im większa jest prędkość to większa jest siła oporu. Jeśli jedziemy szybko to prędkość jest duża i siła oporu jest większa, więc większą wartość ma wykonana praca.

Korzystamy z zasady zachowania energii mechanicznej. Wjeżdżamy na wzniesienie o tej samej wysokości więc o tyle samo wzrośnie energia potencjalna. Ale oprócz tego musimy wykonać pracę przeciwko oporom powietrza. Jeśli podjazd jest mniej stromy to przy tej samej sile prędkość będzie większa, więc siła oporu będzie również większa. Dodatkowo wydłuży się droga. Tak więc mniej stromym podjeździe rowerzysta musi wykonać większą pracę.

Na ciała swobodnie spadające z niewielkich wysokości działa jedynie siła ciężkości i przyspieszenie swobodnego spadku nie zależy od masy. Można to wyliczyć dzieląc siłę ciężkości przez masę. Dla ciał o małej masie ale dużej powierzchni np. kartki papiery, siły oporu są duże i czas spadania wzrasta.

Podczas ruchu na piłkę działa siła ciężkości zwrócona w dół i siła oporu powietrza. Siła oporu zawsze jest przeciwna do prędkości. W czasie ruchu do góry siła oporu zwrócona jest w dół i siła wypadkowa jest duża a więc duże opóźnienie i krótki czas ruchu. W czasie spadania siła oporu zwrócona jest do góry, a więc przeciwnie do siły ciężkości i siła wypadkowa jest różnicą tych sił. Przyspieszenie będzie mniejsze, a czas dłuższy.

Na każde ciało poruszające się w powietrzu działa siła oporu, która jest wprost proporcjonalna do prędkości poruszającego się ciała i zależy od powierzchni.